Vol.7 No.1 (2023): Journal Scientific Investigar ISSN: 2588–0659
https://doi.org/10.56048/MQR20225.7.1.2023.2680-2700
Vol.7-N° 1, 2023, pp. 2680-2700 Journal Scientific MQRInvestigar
2680
Obtaining biodegradable polymers from cassava starch.
Obtención de polímeros biodegradables a partir del almidón de yuca.
Autores:
Vera Cuaces, Andrés Felipe
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ
Estudiante
Portoviejo – Ecuador
avera3167@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-4207-2099
Chávez Moreira, Wendy Lissette
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ
Estudiante
Portoviejo – Ecuador
wchavez6925@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-1155-256X
Carrillo Anchundia, Bladimir Jacinto
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ
Profesor
Portoviejo – Ecuador
bladimir.carrillo@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-9948-728X
Citación/como citar este artículo: Andrés, Cuaces., Wendy, Chávez. Y Carrillo, Bladimir. (2023). Obtención de polímeros
biodegradables a partir del almidón de yuca. MQRInvestigar, 7(1), 2680-2700.
https://doi.org/10.56048/MQR20225.7.1.2023.2680-2700
Fechas de recepción: 26-FEB-2023 aceptación: 10-MAR-2023 publicación: 15-MAR-2023
https://orcid.org/0000-0002-8695-5005
http://mqrinvestigar.com/
Vol.7 No.1 (2023): Journal Scientific Investigar ISSN: 2588–0659
https://doi.org/10.56048/MQR20225.7.1.2023.2680-2700
Vol.7-N° 1, 2023, pp. 2680-2700 Journal Scientific MQRInvestigar
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Resumen
Tomando en cuenta el problema ambiental que el consumo de plástico produce en la
sociedad, junto con la explosión demográfica que ha aumentado la demanda de productos
procesados y manufacturados que necesitan ser envasados en materiales a base de polímeros,
se propuso como objetivo conocer las condiciones mínimas que deben existir para obtener
un polímero biodegradable a partir del almidón de yuca mediante una revisión bibliográfica.
La investigación es de tipo descriptiva con un diseño documental en el que se aplicó la técnica
del análisis de contenido a partir de la revisión de la literatura especializada, como tesis,
textos y artículos científicos de revistas de alto impacto. De acuerdo con los resultados
obtenidos, se considera importante la combinación del almidón con otros materiales plásticos
para producir un biopolímero que tenga propiedades mecánicas superiores, que sea resistente
al agua, altamente flexible y resistente al rompimiento. Se concluyó que los biopolímeros de
almidón de yuca obtenidos a partir del ensayo de tracción eran similares a los plásticos
convencionales en resistencia y estabilidad. También se evidenció que los biopolímeros
resultantes eran efectivos para ser usados como envolturas para la preservación de alimentos.
Sin embargo, se identificaron algunos desafíos, como la baja resistencia mecánica y térmica
de los polímeros, lo que puede limitar su uso en ciertos sectores industriales. La obtención
de polímeros biodegradables puede ser una alternativa sostenible a los plásticos
convencionales derivados de combustibles fósiles.
Palabras claves: polímeros, biodegradables, almidón, yuca.
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Abstract
Taking into account the environmental problem that plastic consumption produces in society,
together with the demographic explosion that has increased the demand for processed and
manufactured products that need to be packaged in polymer-based materials, it was proposed
as an objective to know the minimum conditions that must exist to obtain a biodegradable
polymer from cassava starch by means of a bibliographic review. The research is descriptive
with a documentary design in which the content analysis technique was applied based on the
review of specialized literature, such as theses, texts and scientific articles from high impact
journals. According to the results obtained, the combination of starch with other plastic
materials is considered important to produce a biopolymer that has superior mechanical
properties, is water resistant, highly flexible and resistant to breakage. It was concluded that
the cassava starch biopolymers obtained from the tensile test were similar to conventional
plastics in strength and stability. It was also evidenced that the resulting biopolymers were
effective to be used as wrappers for food preservation. However, some challenges were
identified, such as the low mechanical and thermal resistance of the polymers, which may
limit their use in certain industrial sectors. Obtaining biodegradable polymers can be a
sustainable alternative to conventional plastics derived from fossil fuels.
Keywords: polymers, biodegradable, starch, cassava.
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Introducción
La problemática ambiental generada por los materiales plásticos tradicionales ha sido
ampliamente reconocida en los últimos años. La acumulación de estos materiales en el medio
ambiente es una de las principales causas de la contaminación y los desechos plásticos
pueden tardar siglos en descomponerse. Ante esta situación, la búsqueda de alternativas
sostenibles y respetuosas con el medio ambiente se ha convertido en una necesidad
apremiante. En la actualidad, la preocupación por la protección ecológica ha impulsado el
avance de las investigaciones para la producción de polímeros biodegradables, utilizando
recursos naturales renovables.
La escasez y el aumento del precio de los hidrocarburos, junto con la ampliación de las
directrices ecológicas, están actuando de forma sinérgica para avanzar en la mejora de nuevos
materiales y artículos más compatibles con la naturaleza y libres de productos fósiles
(Francisco et al., 2021). En esta situación, los biopolímeros se adaptan de forma impecable a
las nuevas necesidades y preocupaciones agroindustriales, culturales y sociales, siendo una
alternativa ecológica y de bajo costo que podría sustituir a los polímeros convencionales.
Tanto el Estado como las empresas privadas ven en los polímeros biodegradables y el
biorreciclaje una respuesta al manejo alternativo de los residuos plásticos contaminantes.
Existe una necesidad imperiosa de fomentar nuevos materiales biodegradables con
propiedades y costos similares a los polímeros que se utilizan actualmente. Aunque hay un
número impresionante de biopolímeros obtenidos artificialmente a partir de recursos
naturales, una gran parte de ellos son costosos. La utilización de elementos agrícolas en
aplicaciones poliméricas se considera un método interesante para disminuir el exceso de estos
elementos y fomentar las aplicaciones no comestibles. Los polímeros biodegradables a base
de almidón tienen un costo mínimo y se obtienen de un recurso agrícola inagotable (Amaya,
2019).
La presentación del almidón en el desarrollo de polímeros biodegradables es especialmente
significativa, ya que se trata de un recurso sostenible que sustituye a recursos no renovables
como el petróleo, del cual se fabrican numerosos polímeros de ingeniería convencionales.
Entre los almidones más utilizados se encuentran los de papa y maíz. Sin embargo, el almidón
propuesto en este estudio procede de la base de la yuca (Manihot esculenta Crantz) por
tratarse de un recurso natural inagotable, abundante en Ecuador y toda América Latina, y de
bajo costo (Rosales, 2016).
El principal problema es que los plásticos están compuestos por moléculas de carbono e
hidrógeno de gran tamaño. Casi el 100% de estos se fabrican a partir de derivados del
petróleo, lo que sobrecarga las fuentes de energía no sostenible (Cascarosa et al., 2022).
Actualmente, es difícil renunciar al uso de plásticos debido a su facilidad y a su importancia
económica, lo que se refleja en el rápido desarrollo de esta industria que ha superado
prácticamente todas las actividades industriales desde principios del siglo pasado.
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En los últimos tiempos, los problemas de contaminación provocados por los plásticos
derivados del petróleo han adquirido una gran dimensión y variedad, lo que ha concienciado
a la sociedad sobre los peligros actuales que supone su difícil degradación. Uno de los
elementos que causa la polución natural son los polímeros manufacturados, que son muy
solicitados por los compradores debido a su flexibilidad y bajo costo (Torres, 2019). En
muchas zonas urbanas, la basura y los desechos sólidos se pueden ver por todas partes, desde
los arroyos y parcelas vacías hasta los paseos, las calles y los parques. Estos componentes
son en su mayoría de plástico, lo que causa un problema de bienestar y estética, generando
un grave nivel de contaminación ecológica debido al tiempo que tardan en degradarse.
En el presente, los plásticos biodegradables se utilizan cada vez más en artículos cuya vida
útil requiere un único uso. Los materiales utilizados en la composición de los revestimientos
proceden de diferentes fuentes del reino animal y vegetal, tanto terrestres como marinos, así
como de los microorganismos. Entre los polímeros naturales, el almidón se considera uno de
los más prometedores para los materiales del futuro, debido a su atractiva mezcla de valor,
accesibilidad y termoplasticidad (Rodríguez et al., 2021).
Es factible elaborar polímeros con un amplio abanico de propiedades utilizando varios
almidones y sustancias añadidas biodegradables no dañinas, lo que resulta valioso para
aplicaciones de empaquetado y envases. Estos polímeros tienen la capacidad de
descomponerse en condiciones orgánicas dinámicas, aportando dióxido de carbono, agua y
minerales sin infiltrar en la naturaleza residuos venenosos, peligrosos o sintéticos. La
utilización de polímeros biodegradables, como el almidón de yuca, puede ser una alternativa
viable debido a su bajo costo, su disponibilidad y su sencilla biodegradabilidad (Chimbo,
2021).
La investigación sobre los polímeros biodegradables es un campo excepcionalmente
dinámico debido a los problemas generados por los plásticos derivados de hidrocarburos que
causan daño a la naturaleza. Como resultado, han surgido numerosas opciones amigables con
el medio ambiente para reemplazar los plásticos que se utilizan a diario (Labeaga, 2018).
Entre los biopolímeros naturales que se consideran, el almidón es uno de los más abundantes
y económicos. Su uso puede desempeñar un papel fundamental en la sustitución de los
plásticos manufacturados, ayudando a mitigar el problema de la acumulación de residuos
plásticos y disminuyendo la dependencia de materiales de origen fósil.
La yuca pertenece a la familia de las euforbiáceas y comprende alrededor de 7.200 especies,
caracterizadas por el desarrollo de vasos laticíferos formados por células secretoras o
galactocitos que producen una descarga suave. Su foco de origen genético se sitúa en la
cuenca del Amazonas. Se han descrito alrededor de 98 tipos de la especie Manihot, de los
cuales solo la yuca es económicamente importante y cultivada. Su proliferación alógama y
su constitución hereditaria excepcionalmente heterocigótica son la principal justificación de
su propagación por estacas y no por semilla sexual (Aguilar et al., 2017).
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El aprovechamiento de esta planta queda demostrado por la utilización de su raíz, que
contiene una gran cantidad de componentes, entre ellos el almidón, que es la forma habitual
en la que la planta almacena energía mediante la ósmosis del carbono atmosférico a través
de la clorofila presente en las hojas. La piel de la yuca es dura y leñosa, y poco apetecible,
aunque su pulpa es firme y sorprendentemente dura antes de la cocción. Está surcada por
hebras longitudinales inflexibles y es excepcionalmente rica en carbohidratos y azúcares. Sin
embargo, se oxida rápidamente una vez que se elimina la piel (INIAP, 2014).
La yuca también se utiliza para producir almidón de uso industrial y otros productos
implementados en la alimentación procesada. El almidón es un negocio importante en todo
el mundo y está encontrando aplicación en varias industrias. Este puede desempeñar la
mayoría de las funciones en las que actualmente se utiliza el almidón de maíz, arroz y trigo;
aunque también puede usarse en el apresto y el teñido en las industrias textiles para aumentar
el brillo y el peso de la tela (Ramos et al., 2018). En las industrias farmacéuticas, el almidón
sirve como material de relleno y agente aglutinante para fabricar comprimidos. Además, tiene
numerosos usos como aditivo en el cemento para mejorar el tiempo de fraguado y se utiliza
para mejorar la viscosidad de los lodos de perforación en los pozos de petróleo.
El almidón se utiliza también para sellar las paredes de los pozos y evitar la pérdida de
fluidos, convirtiéndose en los últimos años en la principal materia prima de las industrias de
pegamentos y adhesivos. En la producción de papel, se utiliza como pegamento para
conseguir brillo y resistencia, convirtiéndose en una importante materia prima para el polvo
en las industrias cosméticas. En la fabricación de jabones y detergentes, el almidón se utiliza
para mejorar la recuperación y prolongar la vida útil de los detergentes. Por otro lado, en las
industrias del caucho y la espuma, se emplea para mejorar la espumación y el color
(Bustamante y Peralta, 2018).
El almidón es una sustancia química orgánica, blanca y granulada, que producen todas las
plantas verdes. Es un polvo blando e insípido que no puede disolverse en agua fría, alcohol
u otros disolventes. También se considera un polisacárido compuesto por monómeros de
glucosa unidos en enlaces α 1,4. La forma más simple de almidón es el polímero lineal
amilosa, mientras que la amilopectina es la forma ramificada. La fórmula química básica de
la molécula de almidón es C6H10O5, y se puede fabricar a partir del exceso de glucosa
producido durante la fotosíntesis, que sirve como reserva de alimento para la planta
(Arguello, 2021).
El almidón se almacena en los cloroplastos en forma de gránulos y en órganos de
almacenamiento como las raíces de la yuca, el tubérculo de la patata, la médula del tallo del
sagú y las semillas del maíz, el trigo y el arroz (Villarroel et al., 2018). Cuando se necesita,
el almidón se descompone en presencia de ciertas enzimas y agua en sus unidades
monoméricas de glucosa constitutivas, que se difunden desde la célula para nutrir los tejidos
de la planta. En los seres humanos y otros animales, el almidón de las plantas se descompone
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en las moléculas de azúcar que lo componen, las cuales proporcionan energía a los tejidos
(FAO, 2019).
Los polímeros poseen muchas propiedades deseables, como la resistencia al agua y la larga
vida útil, que los convierten en candidatos idóneos para productos tanto de consumo como
industriales. Sin embargo, los atributos que hacen que estos productos sean adecuados para
diversas aplicaciones también son la principal causa de los problemas de eliminación de
residuos en el medio ambiente. El deseo de contar con materiales poliméricos ecológicos ha
suscitado una creciente atención debido a los problemas asociados a la eliminación de
grandes volúmenes de residuos plásticos (Solano et al., 2020). Por ello, la mayoría de las
investigaciones actuales se centran en la sustitución de los plásticos sintéticos por materiales
biodegradables con propiedades similares y de bajo coste.
Los materiales biodegradables se convierten en compuestos naturales de agua, dióxido de
carbono, metano y otros componentes biológicos una vez eliminados mediante
microorganismos como hongos, bacterias, algas y otros agentes naturales. Por otro lado, los
polímeros sintéticos se producen mediante diferentes tipos de reacciones. Muchos
hidrocarburos simples, como el etileno y el propileno, pueden transformarse en polímeros
añadiendo un monómero tras otro a la cadena en crecimiento. Tanto los polímeros
biodegradables o biopolímeros como los materiales poliméricos sintéticos y naturales
desempeñan un papel vital y omnipresente en la vida cotidiana (Barrios et al., 2015).
Es importante distinguir los biopolímeros según su origen que pueden ser nativos o sintéticos
(Tabla 1). Los biopolímeros nativos representan la síntesis desarrollada durante un largo
curso de evolución en la naturaleza, mientras que los sintéticos son el resultado de un siglo
de investigación y desarrollo. Ambos dan lugar a materiales que poseen características
adaptadas para diversas aplicaciones, como proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos y
lípidos, que presentan características completamente diferentes según las condiciones de uso
(Romero y Pereira, 2020). Los biopolímeros sintéticos han suscitado un interés creciente
debido a la preocupación por la contaminación ambiental y la constatación de que nuestros
recursos naturales son finitos (Amaya, 2019). Aunque se introdujeron por primera vez en la
década de 1980, los biopolímeros sintéticos han atraído la atención en las últimas dos décadas
(Amaya, 2019).
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Figura 1.
Clasificación de los polímeros según su origen
Elaborado: Chávez y Vera (2022) Fuente: Valerezo (2012)
En línea con lo mencionado anteriormente, la investigación aporta información obtenida de
fuentes académicas rigurosas, que se han analizado y propuesto en relación con las variables
de investigación para que sirvan de referencia para futuras investigaciones sobre el tema.
Asimismo, se enfoca en los métodos que orientan los pasos a seguir para obtener información
relevante sobre el estudio y, por lo tanto, se puede proponer la técnica e instrumento
correspondiente a la investigación que proporcione datos importantes para comprender el
problema. Por lo tanto, se formula la siguiente pregunta de investigación: ¿Cómo se obtienen
polímeros biodegradables a partir del almidón de yuca?
Con la finalidad de encontrar una solución, este artículo busca proporcionar una visión
general sobre la obtención de polímeros biodegradables a partir del almidón de yuca y su
potencial para sustituir los materiales plásticos convencionales en diferentes aplicaciones. El
uso de almidón de yuca como materia prima para la producción de polímeros biodegradables
representa una solución sostenible y respetuosa con el medio ambiente, y puede contribuir a
reducir el impacto ambiental de los materiales plásticos convencionales.
Material y métodos
Metodología
La investigación presentó un enfoque cualitativo que aplica un proceso interpretativo, crítico
y sistémico en relación con la obtención y el análisis de los datos, permitiendo una mejor
inferencia y comprensión del hecho estudiado (Baena, 2017). En cuanto al alcance de la
investigación, se aplicó un nivel documental, mediante la cual se procuró obtener,
seleccionar, compilar, organizar, interpretar y analizar información sobre un objeto de
estudio a partir de fuentes bibliográficas. En una investigación, las técnicas permiten la
aplicación del método en el contexto donde se ejecuta con el fin de alcanzar los objetivos
propuestos (George, 2019); en ese sentido, para recolectar los datos se usó el análisis de
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contenido como técnica de interpretación de textos y documentos, permitiendo la obtención
de información relevante para la investigación (Fuster, 2019).
Los materiales utilizados para el presente trabajo se centraron en la búsqueda sistemática
apoyada en la recopilación bibliográfica exhaustiva de la literatura científica existente sobre
la obtención de polímeros biodegradables a partir de almidón de yuca. Se propuso discernir
las mejores prácticas a partir de la revisión de la literatura especializada y de la consulta en
fuentes de información como bases de datos digitales, tesis y revistas científicas como
Redalyc, Scielo, Scopus, Dialnet y Springer, entre otras (Corona, 2018). En ese sentido, se
desarrolló el siguiente procedimiento:
En primer lugar, se aplicó el método inductivo que permitió seleccionar la técnica más
adecuada que conllevaron a la obtención de las conclusiones (Hurtado, 2020). Por tanto, no
hubo intervención de las variables como ocurre en otros estudios, sino que se realizó una
descripción y análisis de los elementos de estudio. En este nivel, se trabajó sobre realidades,
lo que es necesario para la correcta interpretación del fenómeno a estudiar (Gabriel, 2017).
El segundo paso se enfocó en la búsqueda de literatura donde se incluyó todo tipo de
documentos aportados por las diferentes instituciones profesionales que habían hecho
publicaciones acerca de los diferentes parámetros óptimos sobre los polímeros
biodegradables producido del almidón de yuca. Respecto al análisis de contenido, se aplicó
en diferentes artículos porque este deja de ser superficial debido a que se hace uso de los
ordenadores y el aprendizaje automático para la interpretación de los textos. Aunado a este
están los estudios científicos a lo que se aplicó como criterio de inclusión que las técnicas
aplicadas fueran direccionadas al área científica. Como criterios de exclusión se consideraron
los artículos no incluyeran información sobre otras variedades de tubérculos que no
estuvieran dirigidos a la elaboración de biopolimeros, o documentos que fueran de carácter
científico.
Para el desarrollo del estudio se seleccionaron las investigaciones que habían estudiado el
polímero biodegradable producido a partir de almidón de yuca, y para proceder a la selección
se revisaron los artículos con el fin de decidir si la información que contenían estaba o no
relacionada con el tema propuesto y el objetivo principal. En la revisión sistemática se extrajo
información relacionada sobre los autores, el año de elaboración y publicación, la finalidad,
las fuentes de información y las conclusiones. En los estudios originales se obtuvieron datos
de los resultados arrojados por los polímeros degradables producidos a partir de almidón. Por
último, se resalta los aspectos más importantes de las investigaciones elegidas entre las que
se encuentran Yautibug (2021), Vélez et al. (2021), Alvares y Carpio (2019), Yamunaqué et
al. (2018), Crespo y Rivera (2018), Menoscal y Rodríguez (2017), mismas que se exponen a
continuación:
Alvares y Carpio (2019) afirmaron que la yuca es una materia prima pionera para la
producción de plásticos biodegradables de origen vegetal debido a su abundancia y
disponibilidad en diferentes partes del planeta; aunque los plásticos microbianos son
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cualitativamente más eficientes, son más caros. Según los autores, las técnicas de producción
de polímeros biodegradables son básicamente las mismas que las utilizadas para la
producción de plásticos derivados del petróleo, pero difieren en el tipo de materia prima y
los parámetros controlados durante la producción, como la temperatura de calentamiento de
la mezcla y la presión que se maneja durante el proceso de soplado.
En su investigación, Yautibug (2021) hizo hincapié en la extracción del almidón de las
conchas de la yuca amarilla para evaluar las diferentes interacciones entre este material y los
aditivos utilizados para obtener el bioplástico. El objetivo era evaluar las propiedades físicas
y mecánicas del producto resultante. El estudio incluyó la determinación del rendimiento de
almidón, su caracterización, la del bioplástico y la biodegradación. Se concluyó que el
biopolímero obtenido a partir de la cáscara de la yuca amarilla fue muy efectivo para envolver
alimentos y mantenerlos frescos.
En el artículo de Vélez et al. (2021), se destaca el interés en el desarrollo y mejoramiento de
bioplásticos a base de almidón, los cuales son biodegradables y se obtienen a partir de
materias primas agrícolas. El estudio describe el proceso de gelatinización y se presentan las
propiedades mecánicas del bioplástico extraído de las cáscaras de yuca. Determinaron que la
gelatinización de los residuos mejora sus propiedades mecánicas en función de sus
propiedades fisicoquímicas y funcionales. También comprobaron que la adición de
sustancias poliméricas sintéticas y naturales, generan las propiedades mecánicas necesarias
para que el bioplástico extraído del almidón de yuca pueda trabajar como un termoplástico.
En otro estudio centrado en los biopolímeros, realizado por Yamunaqué et al. (2018), se
buscó diseñar un sistema productivo para la obtención de bolsas biodegradables a partir del
almidón de yuca. Se enfocaron en producir bolsas biodegradables a partir del almidón de
yuca y se determinó que en el 50% de las muestras de bioplástico se obtienen las
características esperadas, dependiendo de los tipos y cantidades de insumos utilizados para
cada una. Esto supone una alternativa interesante para la industria del plástico en términos
de sostenibilidad y cuidado del medio ambiente.
El estudio de Crespo y Rivera (2018) se centró en la producción de empaques biodegradables
a partir de almidón de diferentes tubérculos, con el objetivo de encontrar una alternativa a la
alta contaminación generada por el uso inadecuado de bolsas plásticas y materiales similares.
Determinaron que la yuca era la materia prima principal para la elaboración de los empaques
biodegradables. Los resultados indicaron que los mejores tratamientos se encontraron en los
productos de yuca, utilizando los métodos de extracción y conservación adecuados. En
resumen, este estudio proporciona información valiosa sobre la producción de empaques
biodegradables a partir de almidón de tubérculos, y destaca la importancia de elegir las
materias primas y los métodos adecuados para lograr resultados óptimos en términos de
calidad y sostenibilidad.
El estudio realizado por Menoscal y Rodríguez (2017) se centró en desarrollar láminas
biodegradables a partir de residuos de almidón de yuca, como una alternativa para reducir la
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contaminación por polímeros no degradables y mitigar el uso de plásticos convencionales.
Utilizaron el residuo de almidón de yuca como materia prima y se evaluó la importancia de
las propiedades adicionales que le proporcionan al plástico los plastificantes, tales como
agua, glicerina y vinagre. Se formaron tres mezclas en proporciones adecuadas, que luego se
sometieron a temperaturas entre 60 y 67°C y se colocaron en moldes. Las láminas resultantes
se sometieron a condiciones de entierro e intemperie durante 90 días, realizando
observaciones cualitativas dos veces por semana hasta alcanzar al menos un 90% de
degradación.
Resultados y discusión
En términos generales, los biopolímeros se clasifican según su método de producción, ya sea
a partir de recursos renovables, como las plantas y animales, o mediante la síntesis total como
ocurre en el caso del uso de la yuca. También existen polímeros que se sintetizan a partir de
derivados del petróleo, pero son biodegradables al final de su ciclo de vida. Además, están
los biopolímeros que se fabrican a partir de fuentes mixtas, es decir, combinaciones de
materiales de base biológica y monómeros derivados del petróleo (Ramírez, 2021). Tras la
revisión documental se precisó la clasificación general de los polímeros (Figura 1).
Asimismo, se observó que existen tres clases relevantes de materiales biodegradables; en
primer lugar, los obtenidos a base de recursos renovables; los polímeros; en segundo lugar,
los basados en recursos de petróleo; y en tercer lugar los provenientes de los recursos
renovables.
Figura 2.
Clasificación general de los polímeros
Fuente: Castro (2016); Aldana et al. (2020)
De acuerdo con Barreiro y Coronel (2021), el almidón de yuca se utiliza en numerosas
aplicaciones alimentarias e industriales debido a sus propiedades funcionales, aunque aún es
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necesario profundizar en sus características y propiedades. Los gránulos de almidón de yuca
son redondos, con un extremo truncado y un hilio bien definido, y oscilan en tamaño entre 5
y 35 μm. El patrón de difracción de rayos X del almidón de yuca es de tipo A, y su contenido
en proteínas y lípidos es muy bajo (inferior al 0,2%), por lo que no debería formarse
complejos de amilosa con lípidos en el almidón nativo.
Según Rodríguez et al. (2022), en la fabricación de biopolímeros a partir de yuca, se emplean
métodos como la gelatinización, que implica calentar los gránulos de almidón a una
temperatura entre 60 y 70 °C para que se inflen y aumenten de volumen. Los almidones se
pueden clasificar en nativos, que no han sufrido cambios químicos durante su obtención, y
modificados, que sí han sido modificados químicamente. Para Aldana et al. (2020), la
glicerina es uno de los ingredientes más utilizados en la fabricación de biopolímeros debido
a sus propiedades plastificantes, que mejoran la flexibilidad y la resistencia a la rotura del
material. La glicerina es incolora, inodora, higroscópica y dulce, y se disuelve en agua. A
esto Bernedos y Palomino (2020), dicen que también es estable y compatible con otros
materiales. Es importante tener cuidado con la combustión de la glicerina, ya que puede
generar gases tóxicos si se calienta por encima de cierta temperatura.
La capacidad de los productos obtenidos a partir de polímeros biodegradables se relaciona
con diversas propiedades mecánicas, funcionales y físicas, como la resistencia a la tensión,
elongación a la rotura, barrera al vapor de agua, oxígeno y dióxido de carbono, opacidad y
color. Muchos almidones de yuca, extraídos de cultivos sudamericanos se han utilizado para
desarrollar películas biodegradables utilizando glicerol en una proporción de 2:5, y se han
evaluado las propiedades mecánicas de cada tratamiento. La formulación basada en almidón
de yuca demostró tener altos valores de elongación a la rotura, y sus propiedades mecánicas
dependieron de la fuente de almidón seleccionada.
Se han agregado materiales de relleno y refuerzo, como celulosa, gomas y polímeros
derivados de plantas y animales, para mejorar la biodegradabilidad, elasticidad, rigidez y
resistencia del material. Al mezclar diferentes elementos con el almidón de yuca, se han
creado láminas parecidas a las obtenidas de los hidrocarburos. De acuerdo con Riera (2018),
los estudios realizados para obtener biopolímeros a partir del almidón de yuca han
demostrado que los polímeros biodegradables presentan mejores propiedades mecánicas.
Se han realizado estudios para obtener biopolímeros a partir del almidón de yuca para su uso
como material biodegradable. Estos biopolímeros se obtienen mediante la modificación del
almidón de yuca, teniendo en cuenta las especificaciones generales de cada estudio, como
por ejemplo el porcentaje de ácido acético al 5%. El resultado es un polímero con un 61,76%
de amilosa y un 38,28% de amilopectina. Las pruebas de elongación y tracción realizadas
demostraron que los biopolímeros presentan una mejor propiedad mecánica. Zavaleta (2019)
utilizo aditivos como Chitosan y Xanthan en diferentes proporciones para mejorar las
propiedades mecánicas y textura del material, logrando elaborar láminas poliméricas a las
que realizó pruebas de elongación y tracción, obteniéndose valores entre el 33% y 8,47 N,
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respectivamente. Las espectroscopias de infrarrojo y Uv-Vis realizadas a los biopolímeros
mostraron picos de celulosa y transmitancia de 87%.
Roman et al. (2015) destacaron que el almidón puro puede producir materiales quebradizos
y muy sensibles al agua, con propiedades mecánicas pobres, por esto, recomendaron
combinar el almidón con otros materiales poliméricos para producir un material con
propiedades mecánicas óptimas, como resistencia al agua, flexibilidad y resistencia al
rompimiento. Los polímeros añadidos deben ser biodegradables y preferiblemente
hidrófobos. Agregaron las opciones como hidrocoloides solubles en agua, pero que no
presenten restos de proteína con rangos de 0,05 % a 15% del total de sólidos de la solución.
Según los estudios revisados, aunque el almidón de yuca nativo cumple con ciertas
características requeridas, presenta desventajas en comparación con los polímeros
convencionales debido a sus propiedades físico-químicas. Yagos (2022) propone utilizar
Quitosano y plastificadores como glicerina, agua destilada y etanol para mejorar sus
propiedades físicas, mecánicas y antimicrobianas.
Aunque el almidón de yuca tiene un buen desempeño en general, exhibiendo propiedades
como la elongación a la ruptura, la transición vítrea y la permeabilidad a los gases, su uso sin
modificar es limitado debido a su fragilidad, deterioro en condiciones ambientales húmedas,
viscosidad y falta de compatibilidad con algunos solventes y polímeros. Sin embargo, la
combinación del almidón de yuca con diferentes aditivos, es considerada por Cornejo et al.
(2020) como una excelente opción para fortalecer sus propiedades.
La creación de biopolímeros a partir del almidón de yuca es una opción interesante para la
industria del plástico, ya que aún no es muy común en el país y puede mejorar la calidad de
los productos utilizando fuentes sostenibles. Quiroga y García (2020) concuerdan que esto
podría beneficiar a los productores de yuca al agregar valor al producto, lo que podría
disminuir las pérdidas económicas posteriores a la cosecha debido al bajo interés del mercado
(Quigua y García, 2020).
Desde una perspectiva general, la obtención de un polímero biodegradable a partir del
almidón de yuca requiere un proceso que asegure las proporciones adecuadas. Salas (2022)
expresa que se debe realizar una mezcla inicial de almidón de yuca y agua para lograr una
homogeneización adecuada mediante la aplicación de agitación continua a una temperatura
de aproximadamente 25°C durante media hora, lo que ayuda a eliminar las burbujas de
oxígeno y a humedecer el almidón. A continuación, se realiza una segunda mezcla para
generar la gelatinización, lo que implica la descomposición de los gránulos de almidón
mediante la adición de glicerina o glicerol a la solución de la primera mezcla. Este proceso
se lleva a cabo a una temperatura de 70°C durante 20 minutos, lo que aumenta la movilidad
de las moléculas y provoca una transformación en la cristalinidad. Esto mejora las
propiedades mecánicas del biopolímero, al que se le puede agregar un agente que fortalezca
sus propiedades antioxidantes y de barrera.
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Para preparar una tercera mezcla, se debe diluir quitosano en ácido acético a una temperatura
de 25°C durante 10 minutos para crear una homogenización y luego filtrar la solución. La
reacción principal de la cadena polimérica del almidón de yuca se lleva a cabo mediante la
polimerización a una temperatura de 75°C durante 15 minutos. Aldana et al. (2022)
convergen en que se debe agregar extracto de etanol y quitosano para estimular las
propiedades microbianas mediante la condensación de las partículas de etanol. Por último,
se extrae el material biodegradable obtenido y se seca a 25°C durante 24 horas.
Luego de la revisión bibliográfica desarrollada mediante el análisis de contenido y en
concordancia con el objetivo propuesto, se presenta de manera resumida las condiciones
mínimas para obtener polímeros biodegradables a partir del almidón de yuca en un
laboratorio convencional:
1. El proceso de elaboración de un polímero biodegradable a partir del almidón de yuca
implica la mezcla del almidón con diferentes reactivos que cumplen la función de
plastificantes, extensores, espesantes, lubricantes, humectantes y desmoldantes. De
acuerdo con los investigadores más actuales que han estado trabajando en la
obtención de polímeros biodegradables a partir del almidón, los métodos más
comunes deben incluir la modificación química del almidón y la mezcla de almidón
con otros biopolímeros.
2. Materiales: yuca fresca; agua; hidróxido de sodio (NaOH); ácido acético
(CH3COOH); acetato de sodio (CH3COONa); glicerol; almidón de yuca; ácido
poliláctico (PLA). Entre los quipos y materiales de laboratorio se tienen una licuadora
o procesador de alimentos; tamiz o colador; matraz de Erlenmeyer; agitador
magnético con barra magnética; termómetro; balanza de precisión; espátula; papel
parafinado; horno de secado; prensa hidráulica o prensa de rodillo (opcional);
espectrómetro infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR).
3. Métodos: para la obtención del almidón de yuca primero esta se debe lavar para
eliminar cualquier impureza. Luego de corta en trozos para procesar en una licuadora
o procesador de alimentos con agua hasta obtener una mezcla homogénea.
Seguidamente se cuela la mezcla para separar el líquido y los sólidos. Después se deja
reposar la mezcla durante unas horas para que el almidón se asiente en el fondo del
recipiente, se descarta el líquido y secar el almidón en un horno de secado.
4. Para la obtención del polímero se debe disolver el almidón de yuca en 10% de agua
destilada removiendo con una varilla para evitar grumos y calentar a 60-70°C para
formar una pasta homogénea a la que se le agrega hidróxido de sodio y agitar para
aumentar el pH de la mezcla a alrededor de 10. Se debe agregar una solución de ácido
acético al 3% en agua destilada con el fin de disminuir el pH a alrededor de 5.5 para
formar un gel.
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5. La preparación de la solución de glicerol se hace al 30% en agua destilada, se mezcla
la solución de almidón con la solución de ácido acético en una proporción de 3:1. Y
luego, se agrega la solución de glicerol en una proporción de 1:1, removiendo
constantemente. Para el ajuste del pH de la solución con hidróxido de sodio (NaOH)
hasta alcanzar un pH de 7.5. Al estar formado un gel, se agrega la mezcla hasta
obtener una masa homogénea. Seguidamente se estira la masa entre dos hojas de
papel parafinado y prensar con una prensa hidráulica o prensa de rodillo para obtener
una lámina uniforme con un espesor deseado. Luego, se lleva la lámina a un horno de
secado, y para mejorar las propiedades mecánicas del polímero, se puede mezclar con
ácido poliláctico en una proporción adecuada y someter a un proceso de extrusión.
6. En la caracterización del polímero se realizan análisis químicos y físicos para
determinar la composición y las propiedades físicas del polímero obtenido, como su
densidad, resistencia a la tracción, elongación, entre otros. Aunado a esto se deben
hacer pruebas de biodegradabilidad para evaluar la capacidad del polímero para
descomponerse en el medio ambiente. Además, si se dispone de un espectrómetro
FTIR, se puede utilizar para analizar la estructura molecular del polímero.
Para Pesantes y Alberca (2021), ante la necesidad de encontrar una alternativa para
reemplazar los polímeros comunes, el almidón de yuca se presenta como una opción viable
como polímero biodegradable debido a su cadena molecular, que permite la generación de
un elemento biodegradable que se degrada naturalmente con la ayuda de microorganismos
presentes en diferentes ecosistemas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las
propiedades del almidón de yuca por sí solas no son comparables a las de los polímeros
comunes, por lo que es necesario modificar químicamente el almidón mediante la
gelatinización de sus gránulos con la aplicación de temperaturas moderadas o relativamente
bajas para mejorar sus propiedades mecánicas.
Conclusiones
La combinación de almidón de yuca con otros polímeros es una alternativa viable para
desarrollar materiales biodegradables. Para ello, los estudios sugieren utilizar otro polímero
para obtener mejoras en las propiedades mecánicas y más biodegradación. Además, la
elaboración a base de almidón de yuca obtuvo el mejor resultado en cuanto a elongación a la
rotura.
Según el estudio realizado y en concordancia con las investigaciones revisadas, para obtener
polímeros biodegradables a partir del almidón de yuca, este debe ser modificado un
porcentaje de ácido acético al 5% lo que dará como resultado biopolímero con un 61,76% de
amilosa y 38,28% de amilopectina.
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De acuerdo con los estudios, los polímeros biodegradables de almidón de yuca que, obtenidos
con la prueba de tracción, fueron muy similares a los plásticos comunes, con gran estabilidad,
pero con opacidad. Dentro de la revisión bibliográfica de fuentes confiables, se encontró
muchos experimentos realizados para obtener biopolímeros a través de distintos procesos y
con diferentes productos que contienen almidón lo que comprueba la tendencia de para
investigar y experimentar en relación a los polímeros biodegradables.
Se evidenció que en el 50% de las muestras del polímero biodegradables se llega a obtener
las características estimadas, considerando los tipos y cantidades de insumos utilizados, lo
que significa que puede este material puede usarse como sustituto del plástico.
Los componentes utilizados para la elaboración de los polímeros biodegradables son
económicos y de fácil acceso; además, su proceso de elaboración no es complejo y puede ser
preparado en un lapso corto, por lo que su elaboración es una alternativa factible al uso de
polímeros sintéticos.
Varias de las propiedades de los polímeros biodegradables obtenidos son similares a las del
plástico común en cuanto a la resistencia, flexibilidad y espesor, con la ventaja de tener un
tiempo corto de degradación y descomposición, lo que las hace muy ecológicas, pues a la
intemperie las proporciones de materia prima utilizadas necesitan un máximo de 90 días con
un 80% de residuo de almidón de yuca, para su degradación casi total.
El almidón de yuca es una fuente renovable y biodegradable, lo que lo hace un candidato
ideal para la producción de polímeros biodegradables. Además, tiene propiedades
interesantes como la capacidad de formar películas y la capacidad de ser procesado utilizando
técnicas de transformación convencionales. En este contexto, los polímeros biodegradables
han surgido como una solución prometedora para la reducción de los desechos plásticos por
descomponerse en el medio ambiente en un período de tiempo relativamente corto, de manera
que no generan acumulación de residuos.
Referencias bibliográficas
Aguilar, E., Segreda, A., Saborío, D., Morales, J., Chacón, M., Rodríguez, L., Acuña, P.,
Torres, S. y Gómez, Y. (2017). Manual del cultivo de yuca. Manihot esculenta
Crantz. Costa Rica: Instituto Nacional de Innovación y Transferencia en Tecnología
Agropecuaria. http://www.mag.go.cr/bibliotecavirtual/F01-10918.pdf
Aldana, J., Ortiz, L. y Triana,