Efecto del tiempo de reacción en la acetilación del almidón de plátano

Effect of reaction time on the acetylation of plantain starch

D. Guerra–DellaValle¹, L. A. Bello–Pérez¹*, R. A. González–Soto¹, J. Solorza–Feria¹ y G. Arámbula–Villa²

¹ Centro de Desarrollo de Productos Bióticos del IPN, Apartado postal 24. C.P. 62731, Yautepec, Morelos, México. * Autor para la correspondencia. E–mail: labellop@ipn.mx Tel. +52 735 3942020, Fax: +52 735 3941896

² Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN, Unidad Querétaro. Libramiento Norponiente No. 2000. Fracc. Real de Juriquilla. Querétaro C. P. 76230, México.

Recibido 18 de Septiembre 2008
Aceptado 21 de Noviembre 2008

Resumen

El almidón de plátano fue acetilado a diferentes tiempos de reacción, se evaluaron el grado de sustitución, la velocidad de reacción, así como el patrón de difracción de rayos–X y las características morfológicas y térmicas. El grado se sustitución (GS) aumentó con el tiempo de reacción y consecuentemente también aumentó la eficiencia de la reacción. La constante de la velocidad de reacción fue mayor en el almidón de plátano (0.67 h^–1) que en el de maíz (0.23 h^–1). La espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier confirmó la introducción de grupos acetilo en la molécula de almidón y la señal característica de este grupo (1226 cm^–1) fue mayor a tiempos largos de reacción. La superficie del gránulo de almidón, observada por microscopía electrónica de barrido, mostró mayores cambios cuando el tiempo de reacción incrementó y fueron mínimos en el almidón de plátano. Este comportamiento coincide con los mayores picos de cristalinidad medidos por difracción de rayos X en el almidón de plátano y el patrón amorfo encontrado en el almidón de maíz acetilado. La temperatura (74.8 °C para el almidón nativo de plátano y 71 °C para su contraparte acetilada) y entalpia de gelatinización (12.89 J/g para el almidón nativo de plátano y 7.44 J/g para su contraparte acetilada) disminuyeron en los almidones acetilados y el efecto fue mayor a tiempos largos de reacción. Es posible determinar un cierto tiempo de reacción para obtener almidón de plátano acetilado con un GS específico, así como determinadas propiedades fisicoquímicas y funcionales.

Palabras clave: modificación química; almidón de plátano; acetilación; FTIR; MEB; DRX; CBD.

Abstract

Plantain starch was acetylated at different times; the degree of substitution, reaction rate constant, morphology, X–ray diffraction pattern and thermal characteristics were evaluated. The degree of substitution (DS) rose with the reaction time and consequently the reaction efficiency increased. The reaction rate constant was higher in plantain (0.67 h^–1) starch than in maize starch (0.23 h^–1). Fourier transform infrared spectroscopy confirmed the introduction of acetyl groups in the starch molecule and the signal characteristic of this group (1226 cm^–1) was higher at longer reaction times. The starch granule surface, observed by scanning electron microscopy, showed more changes when the reaction time increased and those were minimal in plantain starch. This pattern agreed with the higher crystallinity peaks measured by X–ray diffraction in plantain starch and an amorphous pattern obtained in acetylated maize starch. Peak temperature (74.8 °C for native plantain starch and 71 °C for its acetylated counterpart) and enthalpy of gelatinization (12.89 J/g for native plantain starch and 7.44 J/g for its acetylated counterpart) decreased in the acetylated starches and the effect was higher at longer reaction times. It is possible to determine a reaction time in order to obtain an acetylated plantain starch with specific DS and physicochemical and functional properties.

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Agradecimientos

Se agradece el apoyo económico de la SIP–IPN, COFAA–IPN y EDI–IPN. Uno de los autores también agradece la beca del CONACYT.

Referencias

Adebajo M. O. y Frost R.L. (2004). Acetylation of raw cotton for oil spill cleanup application: an FTIR and ¹³C MAS NMR spectroscopic investigation. Spectrochim Acta A 60, 2315-2321.         [ Links ]

Aparicio–Saguilán A., Flores–Huicochea E., Tovar J., García–Suárez F., Gutiérrez–Meraz F. y Bello–Pérez L. A. (2005). Resistant starch–rich powders prepared by autoclaving of native and lintnerized banana starch: partial characterization. Starch/Stärke 57, 405–412.         [ Links ]

Atichokudomchai N., Shobsngob S., Chinachoti P. y Varavinit S. A. (2001). Study of some physicochemical properties of high–crystalline tapioca starch. Starch/Stärke 53, 577–581.         [ Links ]

Aziz A., Daik R., Ghani, M. A., Daud N. I. N. y Yamin B. M. (2004). Hydroxypropylation and acetylation of sago starch. Malaysian Journal of Chemistry 6. 48–54.         [ Links ]

Bello–Pérez L. A., De Francisco A., Agama–Acevedo E., Gutiérrez–Meraz F. y García–Suárez F. J. L. (2005). Morphological and molecular studies of banana starch. Food Science and Technology International 11. 367–372.         [ Links ]

Bello–Pérez L. A. y Paredes–López O. (1999). El almidón: lo comemos, pero no lo conocemos. Ciencia 50, 29–33.         [ Links ]

Bello–Pérez L. A., Contreras–Ramos S. M., Jiménez–Aparicio A. y Paredes–López O. (2000). Acetylation and characterization of banana (Musa paradisiaca) starch. Acta Científica Venezolana 51, 143–149.         [ Links ]

Bello–Pérez L. A., Rendón–Villalobos J. R., Agama–Acevedo E. y Islas–Hernández J. J., (2006). In vitro starch digestibility of tortillas elaborated by different masa preparation procedures. Cereal Chemistry 83, 188–193.         [ Links ]

Bertoft E. (2004). Lintnerization of two amylose–free starches of A– and B–crystalline types, respectively. Starch/Stärke 56, 167–180.         [ Links ]

Betancur–Ancona, D., Chel–Guerrero, L. y Cañizarez–Hernández, E. (1997). Acetylation and characterization of canavalia ensiformis starch. Journal of Agriculture and Food Chemistry 45, 378–382.         [ Links ]

Chen L., Li X., Li L. y Guo S. (2007). Acetylated starch–based biodegradable materials with potential biomedical applications as drug delivery systems. Current Applied Physics 7, 90–93.         [ Links ]

Chi H., Xu K., Wua X., Chen Q., Xue D., Song C., Zhang W. y Wang P. (2008). Effect of acetylation on the properties of corn starch. Food Chemistry 106, 923–928.         [ Links ]

Colthup N., Daly L. H. y Wiberley S. E. (1990). Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy. Academic Press, New York, USA.         [ Links ]

De Graaf R. A., Broekroelofs G. A., Janssen L. P. B. M. y Beenackers A. A. C. M. (1995). The kinetics of the acetylation of gelatinised potato starch. Carbohydrate Polymers 28, 137–144.         [ Links ]

de la Torre–Gutierrez L., Torruco–Uco J. G., Castellanos–Ruelas A., Chel–Guerrero L. A. y Betancur–Ancona, D. (2007). Isolation and structure investigations of square banana (Musa balbisiana) starch. Starch/Stärke 59, 326–333.         [ Links ]

Elomaa M., Asplund T., Soininen P., Laatikainen R., Peltonen S., Hyvarinen S. y Urtti A., (2004) Determination of the degree of substitution of acetylated starch by hydrolysis, 1H NMR and TGA/IR. Carbohydrate Polymers 57, 261-267.         [ Links ]

Faisant N., Gallant D. J., Bouchet B. y Champ M. (1995) Banana starch breakdown in the human small intestine studied by electron microscopy. European Journal of Clinical Nutrition 49, 98–104.         [ Links ]

Fannon J. E., Huber R. J. y BeMiller J. N. (1992) Surface pores of starch granules. Cereal Chemistry 69, 284–288.         [ Links ]

Fleche G. (1985). Chemical Modification and Degradation of Starch. En: Starch Conversion Technology, (G. M. Van Beynum y J. A. Roel, eds.), Pp 73–87. Marcel Dekker Inc, New York, USA.         [ Links ]

Flores–Gorosquera E., García–Suárez F., Flores–Huicochea E., Núñez–Santiago M. C., González–Soto R. A. y Bello–Pérez L. A. (2004). Rendimiento del proceso de extracción de almidón a partir de frutos de plátano (Musa paradisiaca): Estudio en planta piloto. Acta Científica Venezolana 55, 86–90.         [ Links ]

Heins D., Kulicke W. M., Kauper P. y Thielking H. (1998). Characterization of acetyl starch by means of NMR spectroscopy and SEC/MALLS in comparison with hydroxyethyl starch. Starch/Stärke 50, 426-431.         [ Links ]

Hernández–Lauzardo A. N., Méndez–Montealvo G., Velázquez del Valle M. G., Solorza–Feria J. y Bello–Pérez L. A. (2004). Isolation and partial characterization of mexican Oxalis tuberosa starch. Starch/Stärke 56, 357–363.         [ Links ]

Huang J., Schols H. A., Klaver R., Jin Z. y Voragen A. G. J. (2007). Acetyl substitution patterns of amylose and amylopectin populations in cowpea starch modified with acetic anhydride and vinyl acetate. Carbohydrate Polymers 67, 542–550.         [ Links ]

Huang J., Schols H. A., Klaver R., Jin Z., Sulmann E. y Voragen A. G. J., (2007). Characterization of differently sized granule fractions of yellow pea, cowpea and chickpea starches after modification with acetic anhydride and vinyl acetate. Carbohydrate Polymers 67, 11–20.         [ Links ]

Huber K. C. y BeMiller J. N. (2000). Channels of maize and sorghum starch granules. Carbohydrate Polymers 41, 269–276.         [ Links ]

Huber K. C. y BeMiller J. N. (2001). Location of sites of reaction within starch granules. Cereal Chemistry 78, 173–180.         [ Links ]

Jarowenko W. (1986). Acetylated starch and miscellaneous organic esters. En: Modified Starches: Properties and Uses, (O. B. Wurzburg, Ed.), Pp. 64–73. CRC Press, Boca Raton, FL., USA.         [ Links ]

Kaur L., Singh J. y Singh N. (2006). Effect of cross–linking on some properties of potato (Solanum tuberosum L.) starches. Journal of Science Food and Agriculture 86, 1945–1954.         [ Links ]

Levenspiel O. (1999). Chemical Reaction Engineering. Wiley Press, New York, USA.         [ Links ]

Lii C. Y., Chang S. M. y Young Y. L. (1982). Investigation of the physical and chemical properties of banana starches. Journal of Food Science 47, 1493–1497.         [ Links ]

Mano J. F., Koniarova D. y Reis R. L. (2003). Thermal properties of thermoplastic starch/synthetic polymer blends with potential biomedical applicability. Journal of Materials Science 14, 127–135.         [ Links ]

Mark A. M. y Mehltretter C. L. (1972). Facile preparation of starch triacetates. Starch/Stärke 24, 73–76.         [ Links ]

Méndez–Montealvo G., Sánchez–Rivera M. M., Paredes–López O– y Bello–Pérez, L. A. (2006). Thermal and rheological properties of nixtamalized maize starch. International Journal of Biological Macromolecules 40, 59-63.         [ Links ]

Millán–Testa C. E., Méndez–Montealvo M. G., Ottenhof M. A., Farhat I. A. y Bello–Pérez L. A. (2005). Determination of the molecular and structural characteristics of okenia, mango, and banana starches. Journal of Agricultural and Food Chemistry (ACS). 53, 495–501.         [ Links ]

Paredes–López O., Bello–Pérez L. A. y López M. G. (1994). Amylopectin: Structural, gelatinization and retrogradation studies. Food Chemistry 50, 411–417.         [ Links ]

Paredes–López O., Schevenin M. L., Hernández–López D. y Cárabez A. (1989). Amaranth starch isolation and partial characterization. Starch/Stärke 41, 205–207.         [ Links ]

Pushpamalar V., Langford S. J., Ahmad M. y Lim Y. Y. (2006). Optimization of reaction conditions for preparing carboxymethyl cellulose from sago waste. Carbohydrate Polymers 64, 312–18.         [ Links ]

Rutenberg R. W. y Solarek D. (1984). Starch derivatives. Production and uses. En: Starch Chemistry and Technology, (R. L. Wistler, J. N. BeMiller y E. F. Paschall, eds.), Pp. 312-388. Academic Press, New York, USA.         [ Links ]

Sánchez–Rivera M. M., García–Suárez F. J. L. Velázquez–del Valle M., Gutiérrez–Meraz F y Bello–Pérez LA. (2005). Partial characterization of banana starches oxidized by different levels of sodium hypochlorite. Carbohydrate Polymers 62, 50–66.         [ Links ]

Santayanon R. y Wootthikanokkhan J. (2003). Modification of cassava starch by using propionic anhydride and properties of the starch–blended polyester polyurethane. Carbohydrate Polymers 51, 17–24.         [ Links ]

Singh J., Kaur L. y McCarthy O. J. (2007). Factors influencing the physico–chemical, morphological, thermal and rheological properties of some chemically modified starches for food applications—A review. Food Hydrocolloids 21 , 1–22.         [ Links ]

Tester R. F., Karkalas J. y Qi X. (2004). Starch: composition, fine structure and architecture. Journal of Cereal Science 39, 151–165.         [ Links ]

Thomas, D. J. y Atwell, W. A. (1999). Starches: Practical Guides for the Food Industry. Eagan Press Handbook Series AACC, St. Paul, Minnesota, USA.         [ Links ]

Wurzburg O. B. (1964). Acetylation. En Methods in Carbohydrate Chemistry Vol IV, (R.L.Whistler, R.J. Smith y M.L. Wolfrom eds.), Pp 240–241. Academic Press, New York, USA.         [ Links ]

Xu Y. y Hanna M. A. (2005). Preparation and properties of biodegradable foams from starch acetate and poly (tetramethylene adipate–co–terephthalate). Carbohydrate Polymers 59, 521–529.         [ Links ]

Xu Y., Miladinov V. y Hanna M. A. (2004). Synthesis and characterization of starch acetates with high substitution. Cereal Chemistry 81, 735–740.         [ Links ]

Zhang P., Whistler R. L., BeMiller J. N. y Hamaker B. R. (2005). Banana starch: production, physicochemical properties, and digestibility. Carbohydrate Polymers 59, 443–458.         [ Links ]

Zobel H. F. (1988) Molecules to granule: a comprehensive starch review. Starch/Stärke 40, 44–50.         [ Links ]