ES2437543B2 - Procedimiento para la obtención de almidón a partir de chufa (Cyperus esculentus) y de subproductos de la chufa para uso alimentario y para la fabricación de plásticos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la obtención de almidón a partir de chufa (cyperus esculentus) y de subproductos de la chufa para uso alimentario y para la fabricación de plásticos.#La presente invención se engloba dentro del campo de la obtención de almidón para uso alimentario, y para la fabricación de bioplásticos mediante la adición de un plastificante y la utilización de tratamientos termomecánicos. En concreto, esta invención describe un método para la extracción de almidón a partir de la chufa y de sus derivados.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la obtención de almidón a partir de chufa (cyperus esculentus) y de subproductos de la chufa para uso alimentario y para la fabricación de plásticos.

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OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se engloba dentro del campo de la obtención de almidón para uso alimentario, y para la fabricación de bioplásticos mediante la adición de un plastificante y la utilización de tratamientos termomecánicos. En concreto, esta invención describe un método para la extracción de almidón a partir de la chufa y de sus derivados. 10

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Se entiende por biomateriales aquellos materiales fabricados de compuestos de origen animal o vegetal, como proteínas, lípidos, polisacáridos y demás compuestos sintetizados a partir de organismos vivos. Se definen como 15 bioplásticos aquellos biomateriales cuyas características termomecánicas se asemejan a las de los plásticos originados a partir de polímeros sintéticos derivados del petróleo y que, gracias a estas características termomecánicas, pueden llegar a desempeñar el cometido de los plásticos sintéticos en determinadas aplicaciones. El almidón es un polisacárido de origen vegetal, que puede usarse, como se ha dicho, en el sector alimentario y en la fabricación de bioplásticos.

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Las diferentes funciones de estos nuevos biomateriales van desde la producción de plásticos biodegradables para el empaquetado hasta la fabricación de films o adhesivos, los cuales tienen, entre otras ventajas, la propiedad de ser biodegradables; por otra parte, su elaboración supone una gran oportunidad para que ciertos productos secundarios de la industria alimentaria encuentren un nuevo uso y con ello aumenten su valor.

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Además, la importancia de estos nuevos materiales biodegradables no sólo radica en la reducción del volumen de residuos; también conllevan un importante ahorro de las reservas petrolíferas destinadas a la producción de polímeros sintéticos.

El uso de almidones como biopolímeros para la obtención de films y recubrimientos es ya conocido. Varios autores han 30 descrito la posible utilización de almidones de distintas fuentes vegetales (patata, maíz, arroz, etc.) en la preparación de films homogéneos, transparentes, fuertes y resistentes al agua mediante la dispersión del almidón en un disolvente que contiene plastificante, para después esparcir la solución formadora del film y someterla a secado. Algunos ejemplos de estos métodos se describen en:

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• Mensitieri et al., 2010, "Processing and shelf life issues of selected food packaging materials and structures from renewable resources". Trends in Food Science & Technology, 1-9.

• Zeng et al., 2010, "Mechanical Properties of Thermo-moulded Biofilms in Relation to Proteins/Starch Interactions". Food Biophysics, 1-9. 40

• López et al., 2008, "Film forming capacity of chemically modified corn starches". Carbohydrate Polymers 73 (4), 573-581.

• Micard et al., 2000, "Wheat Gluten Film: Improvement of Mechanical Properties by Chemical and Physical Treatments" 45 in Wheat Gluten 2000 Proceedings, Ed. P.R. Shewry, Cambridge, U.K.: Royal Society of Chemistry. 356.360.

• Krotcha, J.M. 1997, "Edible Composite Moisture Barrier Films" in Packaging Yearbook: 1996, Ed. B. Blakistone, Washington, D.C.: National Food Processors Association. 38-44.

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Sin embargo, en ningún documento del estado de la técnica se menciona el uso de la chufa, o de sus derivados, con estos fines; tomando como ejemplo la elaboración de la horchata, sus subproductos suponen hasta el 60% del material vegetal original, de manera que la gestión final de estos residuos supone un problema. Su destino más común es la alimentación animal o la utilización como combustible orgánico, así como la producción de chufas de destrío o de uso no alimentario. 55

La chufa, además, contiene entre 22% y un 30% de almidón, el doble, por ejemplo, que las patatas, lo que la convierte en una fuente interesante de materia prima para la industria alimentaria y el sector de los bioplásticos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 60

La presente invención se refiere a la obtención de almidones, y de bioplásticos derivados de éstos, a partir de la chufa y de los subproductos de la horchata de chufa. Como se dijo anteriormente, aunque la obtención de films a partir de biopolímeros de almidón obtenidos de fuentes vegetales es conocida, el estado de la técnica no contempla el uso de almidones de la chufa para esta función. 65

En el aspecto inventivo más general de la invención, el almidón se obtiene siguiendo el siguiente método:

 a) Hidratación de la chufa con agua destilada a una temperatura de entre 4 ºC y 40ºC.

 b) Triturado de la chufa hidratada.

 c) Prensado del producto resultante en el paso anterior.

 d) Filtrado de las fases líquida y sólida resultantes del paso anterior mediante un filtro con un nivel de retención 5 de partículas comprendido entre 5 µm y 25 µm.

 e) Mezclado de la fase líquida resultante del paso anterior con un agente blanqueador de concentración comprendida entre 0,5 g/l y 15 g/l mediante su agitación a una velocidad de entre 5 y 750 revoluciones por minuto hasta alcanzar un pH básico.

 f) Mezclado del producto obtenido en el paso anterior con un agente precipitante, a una velocidad de entre 5 y 10 750 revoluciones por minuto.

 g) Recogida del precipitado por medio de filtros de membrana con un tamaño de poro de entre 1 µm y 12 µm o por medio de filtros de celulosa con una retención de partículas entre 2,5 µm y 15 µm.

 h) Lavado en agua destilada a una temperatura entre 4ºC y 40ºC.

 i) Secado del producto en una estufa a una temperatura entre 5ºC y 200ºC. 15

En el estado de la técnica, para la obtención de almidón a partir de vegetales se sigue un proceso en el cual se trabaja siempre en condiciones ácidas. Ventajosamente, de ha descubierto en el desarrollo de la presente invención que la obtención de almidón a partir de la chufa puede conseguirse en condiciones básicas, y lo que resulta aún más sorprendente, que precisamente es en estas condiciones básicas (concretamente, para valores de pH entre 8 y 9) 20 donde se obtiene un mayor rendimiento de extracción de almidón.

Por tanto, la extracción de almidón a partir de la chufa según esté método no sólo tiene la ventaja de hacer posible el aprovechamiento de subproductos resultantes de la utilización de la chufa para obtener, por ejemplo, horchata, sino que además se diferencia del estado de la técnica en que el rendimiento en la obtención de almidón se maximiza para los 25 valores de pH básicos mencionados.

En referencia, precisamente, a la obtención de almidón a partir de los subproductos de la horchata, los pasos a seguir son los mismos que se han enumerado anteriormente teniendo en cuenta que los dos primeros pasos, hidratación y triturado son etapas que se llevan a cabo en la obtención del subproducto de la chufa. 30

En la etapa b), el triturado puede llevarse a cabo, por ejemplo, con un molino triturador de acero inoxidable, cuyo tamiz, preferentemente, tenga unas dimensiones de entre 0,1mm y 10mm.

En la etapa d), los filtros que normalmente se utilizan son de algodón o de papel de celulosa. 35

En la etapa e), se puede conseguir el pH deseado y la correcta homogeneización del agente blanqueador y la fase líquida obtenida en el paso anterior con una gran variedad de valores de concentración de agente blanqueador (entre 0,5 g/l y 15 g/l) y de velocidad de agitación (entre 5 rpm y 750 rpm), como ya se ha mencionado. El tiempo de homogeneización es variable; normalmente, su valor está comprendido entre 1 y 24 horas. Con respecto al agente 40 blanqueador utilizado, es usual que se trate de uno de los siguientes: dióxido de titanio, dióxido de azufre, sulfito sódico, sulfito ácido de sodio, metasulfito sódico, metabisulfito potásico o sulfito cálcico.

En la etapa f), de igual forma, tanto la velocidad de agitado como el tiempo necesario para que se produzca el precipitado pueden tomar valores muy distintos: entre 5 rpm y 750 rpm, y entre 6 y 48 horas respectivamente. Los 45 agentes precipitantes más comunes son las sales básicas, entre las que cabe mencionar: cloruro de calcio, carbonato de hierro, sulfato de aluminio, sulfato de amonio, sulfato de cobre, nitrato de magnesio o nitrato de amonio.

El depósito en el que se realizan las mezclas de las dos etapas anteriores puede estar fabricado de diversos materiales que se adapten a las características de los procesos llevados a cabo; el acero inoxidable es uno de ellos. 50

Por último, el tiempo necesario para el secado en estufa del paso i) varía en función de la temperatura y de las características de la estufa; los valores habituales están comprendidos entre 6 y 72 horas. Ejemplos de estufas adecuadas para este secado son las de convección natural, las de convección forzada o las de vacío.

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Una vez se tiene el almidón, es posible utilizarlo para la fabricación de bioplásticos de igual modo a cómo puede hacerse en el caso de los almidones de otros vegetales. Sin embargo, los materiales biodegradables obtenidos a partir del empleo de almidones como biopolímeros son generalmente frágiles y quebradizos; para que estos bioplásticos tengan valores de elasticidad y consistencia similares a los obtenidos en polímeros sintéticos debe añadirse un plastificante que aumente la cohesión y la resistencia. Los plastificantes utilizados en el caso del almidón se 60 seleccionan, habitualmente, del grupo formado por agua, glicerina, sorbitol, glicerol, propilenglicol, sucrosa, polietilenglicol, ácidos grasos, monoglicéridos y mezclas de los mismos. No obstante, pueden usarse otros compuestos cuyas características moleculares sean similares a éstos.

El procedimiento de mezclado del almidón y los plastificantes se realiza en un dispositivo de mezclado discontinuo, tales 65 como una amansadora o una extrusora, cuya velocidad en revoluciones por minuto puede variar ampliamente; se han

alcanzado los resultados buscados para velocidades entre 2 rpm y 1000 rpm. En cuanto a la temperatura, se consigue un mezclado adecuado en condiciones isotermas a temperaturas tanto menores como mayores que las de gelificación del almidón: de nuevo el rango posible es muy amplio, entre 10ºC y 200ºC; la concentración de plastificante, por su parte, no suele ser superior al 60%.

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El posterior moldeo, igualmente, puede realizarse en condiciones de presión y temperatura muy dispares: entre 0 y 500 bares y entre 10ºC y 200ºC respectivamente.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

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A continuación se detallan tres ejemplos de realización de la invención; su propósito es meramente ilustrativo, sus características no son limitativas para la invención.

Ejemplo 1. Extracción de almidón de chufa.

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Esta realización particular comprende los siguientes pasos:

-hidratación de las chufas con una proporción chufa-agua del 50%.

-triturado de las chufas hidratadas en un molino triturador de acero inoxidable con tamiz de 5 mm al que se añade un 20 caudal uniforme de agua de 3 litros por kilogramo de chufa inicial.

-prensado manual.

-filtrado con un filtro de papel de celulosa, con una retención de partículas de 12 μm. 25

-mezclado del líquido filtrado en un recipiente de acero inoxidable con una concentración de dióxido de titanio de 2 g/l durante 8 minutos hasta alcanzar un pH de 8,3. Homogeneización por agitación durante 6 horas a una velocidad de 250 rpm.

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-mezclado del producto obtenido con cloruro de calcio hasta alcanzar un pH de 8,5, y agitado durante 10 minutos a una velocidad de 250 rpm. El producto resultante se deja precipitar 16 horas.

-el precipitado se recupera mediante filtración.

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-lavado con agua destilada a una temperatura de 20°C.

-el producto resultante se deseca en una estufa de convección natural durante 48 horas a 105 ºC.

Ejemplo 2: Extracción de almidón a partir de productos de la industria horchatera. 40

Esta realización particular comprende los siguientes pasos:

-prensado manual del subproducto procedente de la elaboración de la horchata de chufa, proceso de elaboración que ya ha llevado a cabo una hidratación y triturado de la chufa. 45

-filtrado con un filtro de papel de celulosa, con una retención de partículas de 12 μm.

- mezclado en un recipiente de acero inoxidable con una proporción de metabisulfito de potasio de 2 g/L durante 8 minutos hasta alcanzar un pH de 8. Posteriormente, la mezcla resultante fue homogeneizada por agitación durante 6 50 horas, a una velocidad de 250 rpm.

-mezclado del producto con nitrato de sodio, hasta alcanzar un pH de 8,2 y agitado durante 10 minutos, a una velocidad de 250 rpm. El producto resultante se dejó precipitar 16 horas.

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-recuperación del precipitado mediante filtración.

-lavado con agua destilada a una temperatura de 20°C.

-el producto resultante se deseca en una estufa de convección natural durante 48 horas a 105 ºC. 60

Ejemplo 3: Método de preparación del material bioplástico a partir de almidón de chufa o de subproducto de chufa.

En esta realización particular, se emplea una concentración del 66% de almidón de chufa y del 33% de plastificante para 65 fabricar un bioplástico. El plastificante empleado es glicerina.

Ambos componentes se mezclan en condiciones adiabáticas, en un equipo de acero inoxidable con agitación y control de temperatura, comenzando la operación a 18°C. El tiempo de mezclado es de 15 minutos a una velocidad de 180 rpm, tras lo cual se obtiene una masa totalmente homogénea. Posteriormente, la masa es retirada del dispositivo de mezclado y se deja enfriar hasta temperatura ambiente.

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La etapa de moldeo y compresión se realiza, en esta realización particular, en una prensa de platos calientes con control de temperatura. Se emplean moldes de acero inoxidable recubiertos por láminas de aluminio. Todas las preparaciones se llevan a cabo con un tiempo de moldeo de 10 minutos.

Claims (8)

1. 
   
   

   REIVINDICACIONES

   1.- Método para la obtención de almidón a partir de la chufa o un subproducto de la chufa que comprende las siguientes etapas:

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    a) hidratación de la chufa con agua destilada a una temperatura de entre 4 ºC y 40ºC,

    b) triturado de la chufa hidratada,

    c) prensado del producto resultante en el paso anterior,

    d) filtrado de las fases líquida y sólida resultantes del paso anterior mediante un filtro con un nivel de retención de partículas comprendido entre 5 µm y 25 µm, 10

    e) mezclado de la fase líquida resultante del paso anterior con un agente blanqueador de concentración comprendida entre 0,5 g/l y 15 g/l mediante su agitación a una velocidad de entre 5 y 750 revoluciones por minuto,

    f) mezclado del producto obtenido en el paso anterior con un agente precipitante, a una velocidad de entre 5 y 750 revoluciones por minuto, 15

    g) recogida del precipitado por medio de filtros con un tamaño de poro de entre 1 µm y 12 µm,

    h) lavado en agua destilada a una temperatura entre 4ºC y 40ºC,

    i) secado del producto en una estufa a una temperatura entre 5ºC y 200ºC.

   caracterizado porque en la etapa e) se alcanza un pH básico que se mantiene a lo largo del resto del procedimiento.

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2. 2.- Método según la reivindicación 1 caracterizado porque el pH que se alcanza en la etapa e) de la reivindicación 1 y que se mantiene a lo largo del resto del procedimiento tiene un valor comprendido entre 8 y 9.
3. 3.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el agente blanqueador de la etapa e) de la reivindicación 1 es uno de los siguientes elementos: dióxido de titanio, dióxido de azufre, sulfito sódico, sulfito 25 ácido de sodio, metasulfito sódico, metabisulfito potásico o sulfito cálcico.
4. 4.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el agente precipitante de la etapa f) de la reivindicación 1 es una sal básica.

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5. 5.- Método según la reivindicación anterior caracterizado porque la sal básica es una de las siguientes: cloruro de calcio, carbonato de hierro, sulfato de aluminio, sulfato de amonio, sulfato de cobre, nitrato de magnesio o nitrato de amonio.
6. 6.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los mezclados de las etapas e), f), o ambas de la reivindicación 1 se realizan en depósitos de acero inoxidable. 35
7. 7.- Método para la fabricación de bioplásticos a partir de un almidón obtenido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende las siguientes etapas:

    mezclado del almidón obtenido con un plastificante mediante un dispositivo de mezclado discontinuo a una 40 velocidad de entre 2rpm y 1000rpm y a una temperatura de entre 10ºC y 200ºC,

    moldeo y compresión del producto obtenido en el paso anterior, a una presión menor que 500 bares y a una temperatura comprendida entre 10ºC y 200ºC.
8. 8.- Método según la reivindicación anterior caracterizado porque el plastificante es uno de entre el grupo siguiente: 45 agua, glicerina, sorbitol, glicerol, propilenglicol, sucrosa, polietilenglicol, ácidos grasos y monoglicéridos y una mezcla de los mismos.