Spanish (pdf)
Article in xml format
Article references
Automatic translation
Send this article by e-mail
Cited by SciELO 
Cited by Google 
Similars in
SciELO 
Similars in Google 
Permalink
INTRODUCCIÓN
La yuca es una de las principales fuentes industriales de almidón en países tropicales. Tanto sus raíces como hojas pueden ser consumidas por humanos y animales de manera muy variada en la alimentación, producción de harinas, materias primas de concentrados y en la obtención de almidones [1,2,3]. El uso de la yuca depende principalmente de la concentración de glucósidos cianogénicos. Las variedades llamadas "dulces" tienen bajos niveles de estos glucósidos y pueden ser consumidas de manera segura luego de los procesos normales de cocción. Otras variedades llamadas "amargas" tienen niveles tan elevados de dichas sustancias que necesitan mayor procesamiento para su consumo. Estas variedades son generalmente utilizadas para procesos industriales [4] de obtención de almidón donde el ácido cianhídrico es arrastrado en el agua de extracción [5]. El almidón dulce o nativo es utilizado como ingrediente en alimentos, textiles, papel e industria biotecnológica [6], [7], [8], [9] [10], aunque esta demanda no es relevante. El almidón agrio es utilizado principalmente como ingrediente para productos de panadería como el pandebono, pan de yuca y los buñuelos, entre otros [11,12].
En Colombia, la extracción del almidón de yuca se realiza en agroindustrias netamente artesanales, comúnmente conocidas como "rallanderías" las cuales pueden producir almidón nativo (sin fermentar) y agrio (fermentado), siendo este último el producto más comercializado. La operación de separación del almidón de la fase sólida (yuca molida) es separada por contacto con una fase liquida o solvente (agua). La composición de ambas fases cambian, se separan y el almidón es recuperado de la fase liquida fenómeno denominado lixiviación [13]. Para controlar esta operación es importante conocer las condiciones de equilibrio entre el agua y los componentes de la yuca molida (almidón e inertes) cuando se mezclan y relacionan a través de la curva de equilibrio experimental de extracción de almidón. El establecimiento de las condiciones de equilibrio se representan en un diagrama de los tres componentes: almidón, inertes y agua. Se trata de un sistema terciario, donde el agua arrastra el almidón dada su insolubilidad; además, de los inertes (proteína y fibra) que son una impureza del almidón. Los volúmenes de agua utilizados son de 5 a 7 m3 por tonelada de almidón extraído, lo que representa altos costos de producción en el manejo del agua de proceso. El agua constituye el principal componente de la lixiviación cuando se pone el contacto con yuca molida, dada la cantidad y el tiempo de contacto que condicionan el rendimiento de extracción. El objetivo del presente trabajo fue determinar las mejores condiciones de extracción del almidón, representadas por el volumen de agua requerido para el mayor rendimiento en almidón y el menor en inertes.
MÉTODO
Determinación de la curva de equilibrio
Tiempo de residencia. Se pesaron 100 g de yuca molida (YM) y se mezclaron con 250 g de agua (W) a 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8 segundos a 200 rpm y 37°C, después de lo cual se separaron la fase sólida (FS) y la fase líquida (FL) a través de un filtro de 200 mesh. A la FL se le determinó almidón.
Datos de equilibrio. Se mezclaron 100 g de yuca molida con 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 y 800 g de agua (Trat) respectivamente a 200 rpm y 37°C durante el tiempo de residencia calculado; después del cual, se separaron la FS y la FL a través de un filtro de 200 mesh. Se determinan las variables respuesta porcentaje de almidón, humedad e inertes a cada una de las fases liquidas de cada relación. La yuca molida con una composición en agua de 66,32 g, almidón extraíble 18 g e inertes 15,68 g.
La composición en agua, almidón e inertes en la fase sólida se determina por balance de material general (Ecuación 1) y de componentes (Ecuaciones 2-4):
Los puntos de equilibrio para cada tratamiento se determinaron en la fase sólida: 
correspondientes a gramos de almidón e Inertes por gramo de solución (Ecuaciones 5 y 6 ); en la fase líquida: 
correspondientes a gramos de almidón e Inertes por gramo de solución (Ecuaciones 7 y 8 ):
Donde 
es la solución retenida 
en 
y 
.
Determinación del contenido de almidón de yuca por gravedad específica [14]. Concentración de sólidos suspendidos por °Baume para almidones [15]. Determinación de humedad. Según método 7.003/84, 930.15/90 de la AOAC [16]. Dosificación de almidón dentro de medios complejos.
Se aplicó un diseño completamente al azar con 8 tratamientos, representados por la relación yuca molida: agua en 1:1, 1:2, 1:3, 1:4; 1:5, 1:6, 1:7 y 1:8 y 5 repeticiones. Como los tratamientos son una variable cuantitativa y mostró significancia el análisis de varianza para los datos de equilibrio 
se realizaron polinomios ortogonales para evaluarla respuesta lineal, cuadrática y cubica. Con los polinomios se estimó la curva respuesta de los datos de equilibrio en función de los tratamientos y se obtuvo la mejor condición derivando la curva de regresión e igualándola a cero. Para el procesamiento y análisis de la información se utilizó como herramienta de ayuda el software estadístico SAS®.
RESULTADOS
Almidón de yuca extraíble
El almidón extraído fue de 18±2% en la pulpa de yuca, rendimiento similar al reportado por Olusola et al. (2015) [17] quienes evaluaron el efecto de 4 genotipos de yuca obteniendo de 9,8 a 16,3%, Alarcon y Dufour (1998) [18] 29,5% y Velasco et al., (2008) [19] 17 a 25%. En otro tipo de tubérculo, Zárate-Polanco et al., (2014) [20] obtuvieron un rendimiento de 17,8% de almidón de papa, en arroz 69,5% [21] y 15,7% en el tubérculo Pachyrhizus ahipa [22].
Determinación de la curva de equilibrio
La extracción de almidón a partir de yuca molida usando agua como solvente se logró con la aplicación de un tiempo de contacto superior a los 5 segundos. Durante este periodo de contacto se garantizó que las dos fases alcanzarán el equilibrio antes de ser separadas; de tal forma, que se asegurara la máxima extracción de almidón en condiciones operativas [9]. Los polinomios ortogonales para las variables 
fueron significativas (p=0,0001<0,05) para la respuesta lineal, cuadrática y cubica a los tratamientos, mientras que la respuesta cubica en 
(p=0,097>0,05) no fue significativa (Ecuaciones 9-12). El modelo de cada variable está representado por las siguientes ecuaciones:
La curva de equilibrio de extracción de almidón de yuca está conformada por tres zonas delimitadas por la líneas de equilibrio de la fase sólida y liquida (figura 1): la zona uno que va desde el punto de equilibrio 
correspondiente a 100 g yuca molida por 70 g de agua hasta el punto 
a partir del cual inicia la zona dos, denominada de transición. Zona que se extiende hasta 
, donde empieza la tercera zona.
La primera zona se caracteriza por un arrastre progresivo del almidón a medida que aumenta la cantidad de agua y la proporción inerte/almidón es mayor que en relaciones posteriores, siendo está de 0,44 a 0,477 g de inertes/ g de almidón extraído. Esta zona es poco eficiente para la extracción de almidón. En la zona 2 los inertes lixiviados son de 0,24381 g inertes/g almidón en la fase liquida correspondiente a 100 g yuca molida por 300 g de agua. En esta zona la cantidad de sólidos totales arrastrados sigue aumentando, producto del aumento de los inertes con respecto a la solución retenida (almidón + agua) en la fase sólida, hasta un punto de máxima retención de los mismos desde donde la curva empieza a caer; a la vez que se observa una disminución en la curva de la fase liquida debido a la caída de los inertes, el aumento de almidón y agua en la solución. Este periodo de transición tiene gran importancia debido a que se alcanza la mayor cantidad de almidón extraíble 
y la mínima de inertes, obteniéndose la mejor eficacia en cuanto a consumo de agua se refiere. En el último segmento correspondiente a la tercera zona, la curva de la fase sólida experimenta un cambio brusco, debido a la disminución progresiva de los inertes en los sólidos agotados con respecto a la solución retenida libre de inertes 
y la poca variación en la cantidad de almidón retenida en los sólidos; lo que explica que los 
bajen a valores de Ycasi constantes. El rango de consumo de agua en esta zona es de 300 a 900 g por cada 100 g de yuca molida.
Determinación de la condición óptima
La condición optima de la lixiviación para las variables 
permitió establecer cuál es la cantidad de agua optima para maximizar el almidón y minimizar los inertes en la fase liquida o corriente de extracción. Los valores óptimos en la región experimental se determinaron derivando el modelo de cada variable e igualando a cero con respecto al consumo de agua.
Las condiciones óptimas de extracción de almidón se encuentran en mezclas de 400 a 700 g de agua con 100 g de yuca molida en la fase liquida (Figura 2a), coincidiendo con la retención optima de inertes. Resultados similares fueron los obtenidos por Alarcon y Dufour (1998)[18] de 710 mL, Alfa Laval® (2000) [23] de 250 mL y Velasco et al., (2008) [19] de 700 mL agua por cada 100 g de yuca molida. En la fase sólida las condiciones óptimas de retención de almidón se encuentran de 400 a 580 g de agua/100 g de yuca molida y de inertes en relaciones superiores a 740 g de agua/100 g de SR (Figura 2b ) significando que se retiene una mayor cantidad de almidón en la primera condición y en la segunda mayor cantidad de inertes.
La mejor condición de extracción de almidón de yuca corresponde a relaciones superiores a 580 g agua e inferiores a 740 g agua/100 g yuca molida, considerando que la corriente de sólidos retiene la mayor cantidad de inertes y la corriente liquida (extracción) contiene la mayor concentración de almidón y menor de inertes, lo que contribuye con procesos posteriores de separación y purificación. Donde es mayor (0,039 g/g) la composición en almidón y menor (0,012 g/ g) la composición de inertes en la fase liquida y de 450 g a 580 g de agua para valores 
de 0,012 y 0,0183 g inertes/g SR (Figura 2 b).
CONCLUSIONES
La curva de lixiviación de almidón de yuca, no representa una curva típica, debido a que el almidón no es absorbido preferentemente por alguna de las dos fases (sólida o líquida), si no que depende de la fuerza de arrastre, el tiempo de contacto y la cantidad de agua suficiente para lograr el máximo arrastre. Para un porcentaje del 18 - 20% de almidón extraíble en una pulpa de yuca, la condición óptima está alrededor de 450 a 740 kg de agua/ kg de pulpa yuca alimentada. Durante el proceso de extracción de almidón de yuca debe mantenerse en la segunda fase de la curva de operación, para lograr tener la más alta eficiencia de extracción de almidón y el mayor ahorro en el consumo de agua.
