Influencia de la temperatura y tiempo de Termoformado en las Propiedades Mecánicas de Bandejas de Almidón y Fibras Vegetales

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. PE CU AR IA S. FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL. RO. TESIS. AG. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y TIEMPO DE TERMOFORMADO EN LAS PROPIEDADES. DE. MECÁNICAS DE BANDEJAS DE ALMIDÓN Y FIBRAS. Br. Luis Jam Pier Cruz Tirado. TE. AUTOR:. CA. VEGETALES. IO. ASESOR:. BI BL. CO-ASESOR:. Dr. Raúl Benito Siche Jara Dra. Delia Rita Tapia Blácido. TRUJILLO – PERÚ. 2017. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. PE CU AR IA S. FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y TIEMPO DE TERMOFORMADO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE BANDEJAS DE ALMIDÓN Y FIBRAS VEGETALES. RO. INFLUENCE OF TEMPERATURE AND TIME OF THERMOFORMING ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF TRAYS BASED IN STARCH AND VEGETABLE FIBERS INFORME DE TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO DE:. AG. INGENIERO AGROINDUSTRIAL. DE. PRESENTADO POR EL BACHILLER: LUIS JAM PIER CRUZ TIRADO. :. DR. PAULINO NINAQUISPE ZARE. SECRETARIO. :. M.Sc.. IO. TE. PRESIDENTE. CA. SUSTENTADO Y APROBADO ANTE EL HONORABLE JURADO:. :. DR. RAÚL BENITO SICHE JARA. BARRAZA. JAUREGUI. BI BL. MIEMBRO (ASESOR). GABRIELA. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PE CU AR IA S. DEDICATORIA. A mis padres, Clara y Jorge, que siempre me ha apoyado incondicionalmente, formando parte de mi desarrollo personal, ético y profesional.. A mis abuelas, Tarcila y Bartola, que siempre estuvieron ahí para apoyarme, corregirme cuando era necesario y darme todo el cariño posible.. RO. A mis hermanos Nick, Marjory y Angie, que siempre me han apoyado, y aunque a veces hemos estado en desacuerdo, el amor vuelve a juntarnos con más fuerza.. A mi tío Jaime Tirado, que siempre me apoyo económicamente para poder realizar mis trabajos y hacer mi intercambio fuera del país, gracias.. AG. A mi abuelo Juan Cruz y a mi bisabuela María Guerra, que en vida me demostraron mucho amor y ahora desde el infinito guían cada decisión que tomo.. BI BL. IO. TE. CA. DE. A mi amigo Eduardo, que se encargó de que mis fin de semana sean desestresantes y divertidos.. Jam Pier. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTOS. PE CU AR IA S. Agradezco al Dr. Raúl Benito Siche Jara, por ser mi profesor y mi guía en la realización de mi tesis, pero en especial, por haberme involucrado en el camino de la investigación científica y mostrarme la infinidad de posibilidades en esta área.. Agradezco a la Dra. Delia Tapia Blácido, quién con su experiencia y conocimientos me supo acompañar en la realización de mi tesis.. A mis hermanos Giorman Cruz y Arnold Cabanillas, quienes realizaron parte de la experimentación de esta tesis y quienes me han acompañado largo tiempo aprendiendo de mí y yo de ellos, gracias.. Agradezco a mis amigos de toda la vida Eduardo, Manuel, Lludes, Chun, Jerson,. RO. Jhefer, Carmen, Sthepany, Kathie, Sheila y Milagros que me han acompañado siempre durante la realización de mi carrera y a quienes aprecio mucho.. AG. Agradezco a mis amigos de la universidad Jorge (negro), Jorgito, Miguel, Shirley (Pucca), Julio (cabezon), Manuel, Cinthya (Culqui), Hessel (pequeña), Cinthia (Richito), Deyvi y Luiz (bicho), con quienes nos hemos divertido y esforzado tanto. DE. durante la carrera y quienes siempre formarán parte importante en mi vida A mis amigos Gino Vega y Marcos Ruiz, quienes en los últimos años han pasado a. CA. formar parte de mi vida, los respeto y les agradezco haberme acompañado tanto tiempo con tantas anécdotas y haberme enseñado tantas cosas.. TE. A la señora Cecilia, secretaria de la escuela de Ingeniería Agroindustrial, quien siempre nos ha apoyado y nos ha hecho los días más divertidos, gracias.. IO. Agradezco al Programa Nacional de Innovación para la Competitividad y Productividad (INNÓVATE PERÚ) quien financió esta tesis bajo el Contrato 407-. BI BL. PNICP-PIAP-2014.. El Autor. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE. iii. PE CU AR IA S. DEDICATORIA………………………………………………………………….. AGRADECIMIENTOS………………………………………………………….... iv. INDICE……………………………………………………………………………. v. RESUMEN………………………………………………………………………... 1. ABSTRACT………………………………………………………………………. 3. CAPÍTULO 1: La adición de bagazo de caña de azúcar y peladilla de espárragos. afecta las propiedades de espumas de almidón de camote………………………... 1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………... 2. MATERIALES Y MÉTODOS. 5 6. 9. 2.2 Composición química de las fibras……………………………………………. 9. RO. 2.1 Materiales…………………………………………………………………….,. 10. 2.3.1 Rendimiento de la producción………………………………………………. 12. 2.3.2 Espesor y densidad………………………………………………………….. 12. 2.3.3 Parámetros de color…………………………………………………………. 12. 2.3.4 Capacidad de absorción de agua…………………………………………….. 12. 2.3.5 Microscopía electrónica de barrido (SEM)…………………………………. 13. 2.3.6 Análisis termogravimétrico…………………………………………………. 13. 2.3.7 Propiedades mecánicas…………………………………………………….... 13. 2.4 Análisis estadístico……………………………………………………………. 14. CA. DE. AG. 2.3 Preparación de las bandejas de almidón por termopresión………………….... 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 14. 3.2 Rendimiento de la producción……………………………………………….... 15. 3.3 Color…………………………………………………………………………... 17. IO. TE. 3.1 Composición química de las fibras……………………………………………. 20. 3.5 Microscopía electrónica de barrido………………………………………….... 21. 3.6 Capacidad de absorción de agua………………………………………………. 23. 3.7 Propiedades mecánicas de las bandejas.………………………………………. 24. 3.8 Propiedades térmicas de las bandejas…………………………………………. 28. 4. CONCLUSIONES…………………………………………………………….... 31. 5. AGRADECIMIENTOS……………………………………………………….... 31. BI BL. 3.4 Espesor y densidad……………………………………………………………. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 6. REFERENCIAS……………………………………………………………….. CAPÍTULO 2: Influencia de la proporción y tamaño de la fibra de bagazo de caña de azúcar sobre las propiedades de las espumas de almidón de camote…….. 32 39 40. 1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….... 40. PE CU AR IA S. RESUMEN………………………………………………………………………... 2. MATERIALES Y MÉTODOS. 2.1 Materiales…………………………………………………………………….,. 41. 2.2 Preparación de las bandejas de almidón por termopresión………………….... 42. 2.3 Caracterización de las bandejas……………………………………………….. 43. 2.3.1 Espesor y densidad………………………………………………………….. 43. 2.3.2 Análisis termogravimétrico………………………………………………... 43. 2.3.3 Propiedades mecánicas……………………………………………………... 43. RO. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 44. 3.2 Propiedades mecánicas………………………………………………………... 45. 3.3 Propiedades térmicas………………………………………………………….. 47. 4. CONCLUSIÓNES……………………………………………………………... 48. 5. AGRADECIMIENTOS………………………………………………………... 49. 6. REFERENCIAS………………………………………………………………... 49. DE. AG. 3.1 Propiedades físicas……………………………………………………………. CAPÍTULO 3: Influencia de las condiciones de termoformado en la densidad y. de caña RESUMEN. CA. las propiedades mecánicas de bandejas de almidón de camote y fibra de bagazo. 53. 54. TE. 1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….... 55. 2. MATERIALES Y MÉTODOS. IO. 2.1 Materiales…………………………………………………………………….,. 57 57. 2.3 Caracterización de las bandejas……………………………………………….. 58. BI BL. 2.2 Proceso de termoformado……………………………………………………... 2.3.1 Espesor…………………………………………………………………….... 58. 2.3.2 Densidad…………………………………………………………………….. 59. 2.3.3 Propiedades mecánicas…………………………………………………….... 59. 2.4 Diseño experimental…………………………………………………………... 60. 2.4.1 Experimento de un solo factor………………………………………………. 60. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 61. 3.2 Resistencia a la ruptura………………………………………………………... 64. 3.3 Elongación…………………………………………………………………….. 66. 3.4 Optimización………………………………………………………………….. 67. 4. CONCLUSIONES…………………………………………………………….... 68. 5. AGRADECIMIENTOS……………………………………………………….... 69. 6. REFERENCIAS………………………………………………………………... 69. BI BL. IO. TE. CA. DE. AG. RO. PE CU AR IA S. 3.1 Densidad………………………………………………………………………. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN. PE CU AR IA S. El objetivo de este trabajo fue evaluar la influencia de la temperatura y tiempo de termoformado en las propiedades mecánicas de bandejas de almidón y fibras vegetales. Para ello, el trabajo fue divido en capítulos que permitan obtener, primero, una bandeja. ideal en propiedades físicas como espesor, densidad y capacidad de absorber agua; microestructura, propiedades mecánicas y propiedades térmicas. Fibra de bagazo de caña y peladilla de espárrago se utilizaron para mejorar las deficiencias en propiedades físicas y mecánicas de las bandejas que solo se basan en almidón de camote. La fibra de bagazo de caña proporcionó bandejas con mejores propiedades mecánicas de resistencia. RO. a la ruptura y dureza, además de bajas densidades. Además, su incorporación en altas concentraciones (20% – 40%) mostró importantes reducciones en la capacidad de. AG. absorber agua de las bandejas de almidón de camote. Ambas fibras mejoraron la estabilidad térmica de las bandejas de almidón de camote, lo que amplía su campo de. DE. aplicación. De manera general, este capítulo permitió determinar que la fibra de bagazo de caña es mejor aditivo que la fibra de peladilla de espárrago y definir límites de. CA. adición hasta un máximo del 10%. En un segundo capítulo, tomando como base el bagazo de caña y su límite máximo de adición que permite mejorar las propiedades. TE. físicas, mecánicas y térmicas de las bandejas de almidón de camote; se varió la proporción desde 2,5% hasta el 10% y en tamaños de fibra 45 – 75 µm hasta de 180 –. IO. 300 µm. La incorporación de fibra con una distribución de tamaño 45 – 75 µm y una. BI BL. proporción del 2,5% permitió obtener bandejas con propiedades mecánicas de resistencia a la ruptura (mayor que la del poliestireno expandido) y elongación y propiedades térmicas mejoradas y una reducción significativa de su densidad. Por lo tanto, la adición de fibra en estas condiciones permite obtener una bandeja con propiedades físicas y mecánicas acorde a lo buscado para su uso como sustituto de los 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. envases tradicionales. Tomando como base las proporciones almidón/fibra y el tamaño y de fibra de obtenidos en estos dos capítulo; un tercer capítulo fue diseñado con el. PE CU AR IA S. objetivo de evaluar la influencia de la temperatura y tiempo de termoformado y la. cantidad de agua en la mezcla sobre la densidad y las propiedades mecánicas de. bandejas de almidón e camote y fibra de bagazo de caña. Se logró determinar que las. variables independientes tienen influencia significativa en las propiedades mecánicas y la densidad de las bandejas. Además, utilizando el diseño central rotacional (DCCR) se logró encontrar las condiciones óptimas de estos parámetros que permitieron maximizar las propiedades mecánicas y evaluar las variaciones en la densidad. Utilizando las. RO. superficies de respuesta para cada variable de resistencia a la ruptura, elongación y densidad; la ecuación de deseabilidad fue utilizada para encontrar las condiciones. AG. óptimas del proceso. Un erro residual entre el 1.89% y 9.70% indica que la metodología y el diseño utilizado son idóneos para optimizar el proceso. Finalmente, el trabajo. DE. realizado permite generar nueva información para la elaboración de bandejas de almidón de camote, tanto en la elección de las proporciones y/o características de sus. CA. ingredientes y/o aditivos como en las características del proceso de termoformado. Palabras claves: termoformado; nuevos materiales; almidón de camote; bagazo de. BI BL. IO. TE. caña; peladilla de espárrago; bandeja.. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PE CU AR IA S. ABSTRACT The objective of this work was to evaluate the influence of temperature and time of thermoforming on the mechanical properties of trays based on starch and vegetable fibers. For this, the work was divided into chapters that allow to obtain, first, an ideal tray in physical properties such as thickness, density and capacity to absorb water;. microstructure, mechanical properties and thermal properties. Sugarcane bagasse fiber and asparagus peel were used to improve the deficiencies in physical and mechanical. properties of trays that are based only on sweet potato starch. The bagasse fiber. RO. provided trays with better mechanical properties of resistance to rupture and hardness,. in addition to low densities. In addition, its incorporation in high concentrations (20% -. AG. 40%) showed important reductions in the capacity to absorb water from the trays of sweet potato starch. Both fibers improved the thermal stability of the trays of sweet. DE. potato starch, which extends its field of application. In general, this chapter made it possible to determine that bagasse fiber is a better additive than asparagus fiber and to. CA. define addition limits up to a maximum of 10%. In a second chapter, based on the cane bagasse and its maximum limit of addition that allows to improve the physical,. TE. mechanical and thermal properties of the trays of sweet potato starch; the proportion. IO. was varied from 2.5% to 10% and in fiber sizes 45-75 μm to 180-300 μm. The incorporation of fiber with a size distribution of 45-75 μm and a 2.5% proportion. BI BL. allowed to obtain trays with mechanical properties of resistance to rupture (greater than expanded polystyrene) and improved elongation and thermal properties and a significant reduction of its density. Therefore, the addition of fiber under these conditions makes it possible to obtain a tray with physical and mechanical properties according to what is sought for its use as a substitute for traditional containers. Based on the starch / fiber 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ratios and the size and fiber obtained in these two chapters; a third chapter was designed with the objective of evaluating the influence of temperature and time of thermoforming. PE CU AR IA S. and the amount of water in the mixture on the density and mechanical properties of. trays of sweet potato starch and sugarcane bagasse fiber. It was possible to determine that the independent variables have a significant influence on the mechanical properties and the density of the trays. In addition, using the central rotational design (DCCR), it. was possible to find the optimal conditions of these parameters that allowed to maximize the mechanical properties and to evaluate the variations in the density. Using. the response surfaces for each variable of resistance to rupture, elongation and density,. RO. the desirability equation was used to find the optimal conditions of the process. A residual error between 1.89% and 9.70% indicates that the methodology and design. AG. used are ideal for optimizing the process. Finally, the work carried out allows the generation of new information for the preparation of trays of sweet potato starch, both. DE. in the choice of the proportions and / or characteristics of its ingredients and / or additives and in the characteristics of the thermoforming process.. CA. Keywords: thermoforming; new materials; sweet potato starch; sugarcane bagasse;. BI BL. IO. TE. asparagus peel; tray.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) PE CU AR IA S. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RO. Capítulo 1. AG. La adición de bagazo de caña de azúcar y peladilla de espárragos afecta las propiedades de espumas de almidón de. BI BL. IO. TE. CA. DE. camote. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Resumen. PE CU AR IA S. Los residuos agroindustriales del bagazo de caña de azúcar (SB) y la peladilla de espárragos (AP) se utilizaron para producir bandejas biodegradables de almidón de camote mediante el método de cocción (almidón/SB y almidón/AP, respectivamente). Se prepararon bandejas de almidón/SB y almidón/AP que contenían diferentes. concentraciones de fibras (0% – 40%, w/w) y se caracterizó su microestructura y propiedades físicas, térmicas y mecánicas. La adición de fibras al almidón de camote produjo una bandeja de espuma amarillenta con menor luminosidad y mayor porosidad, resistencia mecánica, deformabilidad y capacidad de absorción de agua en comparación. RO. con la bandeja de almidón de camote sin fibras. Las bandejas de almidón/SB tenían menos estructura porosa, menor capacidad de absorción de agua y mayor resistencia a la. AG. flexión que las bandejas de almidón/AP. Las mayores concentraciones de fibras AP (> 30%) generaron bandejas más extensibles. La adición de fibras mejoró la estabilidad. DE. térmica de las bandejas de almidón de camote. Estas bandejas podrían utilizarse como sustitutos del poliestireno expandido en envases de alimentos secos.. CA. Palabras claves. TE. Bandejas biodegradables; Peladilla de espárragos; Almidón de patata dulce; Residuos. BI BL. IO. agroindustriales.. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1. INTRODUCCIÓN La alta resistencia, el bajo costo de producción, la baja densidad y la alta resistencia al. PE CU AR IA S. agua de los polímeros sintéticos como el poliestireno expandido (EPS) han permitido su. uso en la producción de bandejas para el almacenamiento de alimentos (Chiellini et al., 2009; Vercelheze et al., 2012, Vercelheze et al., 2013). Sin embargo, el uso creciente de. EPS ha generado preocupaciones ambientales: el EPS no es biodegradable y puede. generar productos tóxicos de descomposición que puedan contaminar los alimentos (Gao et al., 2015; Pornsuksomboon et al., 2016). Para superar este problema, se han. desarrollado nuevas tecnologías para producir bandejas biodegradables basadas en. RO. almidón que pueden reemplazar el EPS (Kaewtatip et al., 2014; Willett, 2009).. El almidón es una materia prima prometedora para producir bandejas biodegradables: es. AG. naturalmente abundante, renovable, barato, poco denso, poco tóxico y biodegradable. Los almidones de tubérculos pueden producir espuma con densidades más bajas y. DE. mayores flexibilidades que los almidones de cereales (Bénézet et al., 2012). El camote (Ipomoea batata) es un tubérculo nativo de países andinos como el Perú. En el primer. CA. trimestre de 2016, la producción de camote fue de 292,7 mil toneladas (Minagri, 2016). Este tubérculo se utiliza principalmente como materia prima para producir almidón y. TE. para hornear alimentos, snacks y productos de confitería (Guo et al., 2016). Sin embargo, el uso de almidón de camote para preparar bandejas biodegradables no ha sido. IO. reportado en la literatura.. BI BL. Las bandejas biodegradables basadas en almidón nativo obtenidas por proceso de cocción plantean algunos problemas como pobres propiedades mecánicas y alta hidrofilicidad, lo que limita su aplicación (Pornsuksomboon et al., 2016, Stevens et al., 2010, Yu et al., 2006, Zobel, 1988). Las fibras lignocelulósicas se han utilizado como cargas reforzantes en espumas a base de almidón para mejorar su sensibilidad a la. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. humedad y sus propiedades mecánicas (Vercelheze et al., 2013). En este sentido, la biomasa agroindustrial como el bagazo de caña de azúcar y la peladilla de espárrago se. PE CU AR IA S. pueden emplear para reforzar las matrices de almidón. El bagazo de caña de azúcar es. un subproducto de las industrias azucarera y alcohólica ubicadas en el norte del Perú, donde suele terminar siendo quemada en los campos. Esta fibra contiene. aproximadamente 40-50% de celulosa (Sun et al., 2004). Algunos investigadores han utilizado el bagazo de caña de azúcar en diferentes proporciones para reforzar las bandejas basadas en almidón (Bénézet et al., 2012; Mali et al., 2010; Vercelheze et al.,. 2012). En general, el uso de concentraciones más bajas de fibras de bagazo de caña de. RO. azúcar (<20%) proporciona bandejas más flexibles y más resistentes mecánicamente (Soykeabkaew et al., 2015). El espárrago (Asparagus officinalis L.) es un vegetal. AG. perenne de alto valor que se cultiva ampliamente en el Perú. Existen dos variedades de espárragos, espárragos verdes (i.e., 374.000 toneladas métricas en 2013) y espárragos. DE. blancos (i.e., 198.000 toneladas métricas en 2013). Perú es el segundo productor mundial de este vegetal después de China (Vázquez-Rowe et al., 2016). Durante la. CA. producción de espárragos enlatados, el pelado proporciona un material de desecho que corresponde al 40-50% del peso fresco de los espárragos y que presenta un alto. TE. contenido de celulosa (22%) (Ricce et al., 2013). Varios autores han utilizado subproductos de espárragos para obtener compuestos de interés, incluyendo fibra. IO. dietética (Fuentes-Alventosa et al., 2009), peroxidasas (Jaramillo-Carmona et al., 2013). BI BL. y compuestos de valor agregado como fenoles, flavonoides, ácidos hidroxicinámicos, Y saponinas (Nindo et al., 2003). Sin embargo, todavía no se ha descrito la aplicación de la cáscara de espárrago como refuerzo en envases biodegradables.. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Este trabajo tuvo como objetivo evaluar cómo la adición de bagazo de caña de azúcar y. bandejas de espuma de base de fécula de camote. 2. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1 Materiales. PE CU AR IA S. fibras de cáscara de espárrago afecta las propiedades físico-químicas y mecánicas de las. El Laboratorio de Ingeniería de Procesos Agroindustriales de la Universidad Nacional. de Trujillo (Trujillo, Perú) aportó el almidón de camote (Iponomea batata, variedad rosa), que contenía 42,65% de amilosa y 9,27% de humedad.. La Sociedad Agrícola Virú S.A. (Virú-La Libertad, Perú) y Cartavio S.A. (Cartavio-La. RO. Libertad, Perú) suministraron la peladilla de espárrago (AP) y el bagazo de caña de azúcar (SB), respectivamente. Las fibras se transportaron al laboratorio, se lavaron con. AG. agua destilada y se secaron a 45 ° C durante 48 horas en un horno UF 55 Plus con circulación forzada de aire (Mermmet, Alemania). Las muestras secadas se molieron en. DE. un molino de cuchillas y se tamizaron a través de tamices de malla 50 (serie Tyler). La relación de distribución de la fibra estaba entre 180 - 300 μm.. TE. Lima, Perú).. CA. El glicerol y el estearato de magnesio se adquirieron de Su Man (Pflücker e Hijos S.A.,. 2.2 Composición química de las fibras. IO. El contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina de las fibras de bagazo de caña de. BI BL. azúcar (SB) y de peladilla de espárrago (AP) se determinó mediante TAPPI T19 om-54 (TAPPI, 1991), TAPPI T 222 om-22 (TAPPI, 1999) y Metodología presentada por Sun (2004), respectivamente. Se utilizó el Método Oficial AOAC 925.04 para determinar el contenido de humedad en un horno que funcionaba a 105 ° C. El experimento se llevó a cabo hasta que se alcanzó 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. un peso constante, y la pérdida de peso se calculó como porcentaje de humedad. El contenido de cenizas (AOAC Official Method 942.05) se determinó por incineración en. PE CU AR IA S. un horno de mufla a 550-600 ° C. Todas las determinaciones se realizaron por triplicado.. 2.3 Preparación de bandejas de almidón por termopresión. Se prepararon las bandejas biodegradables a base de almidón de camote añadidas con fibras SB o AP (bandejas de almidón/SB y almidón/AP, respectivamente) por termopresión. Se usaron siete formulaciones para cada tipo de fibra, como se muestra en. la Tabla 1. Se usaron las siguientes proporciones de almidón de camote y fibras (SB o. RO. AP) para preparar las bandejas biodegradables: 100/0, 95/5, 90/10, 85/15, 80/20, 70/30,. AG. y 60/40.. Tabla 1. Composiciones de las mezclas utilizadas para preparar las bandejas. DE. biodegradables a base de almidón de camote añadidas con bagazo de caña de azúcar (SB) o fibras de peladilla de espárrago (AP).. CA. Almidón Almidón/fibra. (g/100 g de. ratios*. Fibra (g/100 Glicerol. Agua (g/100 g. Cantidad de. (g). de sólidos). mezcla (g). g de sólidos). 100. 0. 6.5. 90. 60. 95. 5. 6.5. 90. 60. 90/10SB. 90. 10. 6.5. 90. 60. BI BL. 100/0. TE. sólidos). 85/15SB. 85. 15. 6.5. 95. 60. 80/20SB. 80. 20. 6.5. 100. 60. 70/30SB. 70. 30. 6.5. 105. 65. 60/40SB. 60. 40. 6.5. 110. 65. IO. 95/5SB. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 95. 5. 6.5. 90. 60. 90/10AP. 90. 10. 6.5. 90. 55. 85/15AP. 85. 15. 6.5. 90. 57. 80/20AP. 80. 20. 70/30AP. 70. 30. 60/40AP. 60. 40. PE CU AR IA S. 95/5AP. 6.5. 100. 57. 6.5. 110. 60. 6.5. 120. 60. *Todas las formulaciones se prepararon con 7,5% (p/p) de estearato de magnesio. Las proporciones de almidón / fibra representan el porcentaje de almidón y contenido de fibra en la mezcla.. Para preparar cada formulación, se mezcló la proporción de almidón, fibra, agua,. glicerol (usado como plastificante) y estearato de magnesio (7,5% p / p, utilizado como. RO. desmoldante) a 1500 rpm durante 10 min con un agitador mecánico (Imaco, China). A. continuación se colocaron homogéneamente 45-60 g de cada formulación en un molde. AG. de teflón (27 cm x 20 cm x 25 mm, espesor 3,0 mm) en una máquina de moldeo por compresión (RELES, Lima, Perú) que funcionaba a 140 ° C durante 18 Min y 60 bar.. DE. Finalmente, se retiraron las bandejas, se desmoldaron y se almacenaron a 25ºC y 60% de humedad relativa durante cuatro días antes de la caracterización.. CA. El volumen de agua añadido a cada formulación estaba directamente relacionado con el contenido de fibra (Vercelheze et al., 2013). Las mezclas con mayor proporción de. TE. fibras AP (70/30 y 60/40) necesitaban mayor cantidad de agua que las mezclas con fibras SB. Esto indicaba que la adición de fibras AP incrementaba la viscosidad de la. IO. mezcla, por lo que era necesaria una mayor cantidad de agua para obtener una. BI BL. dispersión homogénea (Tabla 1). Durante el proceso de cocción, se colocó una cantidad apropiada de la mezcla en el molde de modo que se formó una bandeja completa durante la expansión del almidón (Lawton et al., 1999). Para la misma proporción de almidón/fibra, las bandejas de espuma reforzadas con fibras SB requirieron una mayor cantidad de la mezcla que las bandejas de espuma reforzadas con fibras AP (Tabla 1) 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. debido a que las fibras AP ofrecieron menos resistencia a la expansión del almidón, se integraron mejor en la matriz polimérica, y requirió una cantidad inferior de masa para. PE CU AR IA S. formar la bandeja de espuma completa. 2.3.1 Rendimiento de la producción. Se prepararon bandejas con diferentes formulaciones por separado durante un periodo de 4 h, y se calculó la eficiencia del procedimiento para cada formulación como el. porcentaje de bandejas completas que se obtuvieron al final del proceso (Mello & Mali, 2014). 2.3.2 Espesor y densidad. RO. El espesor de las bandejas de espuma se midió con un micrómetro manual (Stainless Hardened, 0-150 mm). Para cada formulación, el espesor reportado fue el promedio de. AG. 36 valores (tres mediciones tomadas de cada una de las 12 muestras). La densidad de las bandejas de espuma (g/cm3) se calculó a partir de la masa (g) y el. DE. volumen (cm3) de cada muestra (Shogren et al., 1998). Los ensayos de densidad se realizaron con tiras rectangulares de 100 mm x 25 mm. Se pesó cada muestra y se. CA. calculó el volumen multiplicando la longitud, anchura y grosor juntos. Los valores de densidad reportados fueron los promedios de 12 muestras por formulación.. TE. 2.3.3 Parámetros de color. El color de las bandejas de almidón de arracacha se determinó en un colorímetro JZ-300. IO. (Kingwell Shenzhen Co., China) como se describe por Salgado et al. (2008). El rango. BI BL. de los parámetros de color era el siguiente: L* de 0 (negro) a 100 (blanco), a* de -a (verde) to +a (rojo), and b* from -b (azul) to +b (amarillo). El instrumento fue calibrado con un juego de tres placas de calibración. Los valores informados fueron promedios de 12 mediciones por muestra. Las bandejas se midieron en la superficie de. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. la placa blanca estándar con coordenadas L = 89,7, a = 1,9, yb = - 4,9. La diferencia de color total (ΔE) se calculó a partir de la Ec. (1):  Ls tan dar   a foam  a s tan dar   b foam  bs tan dar  2. foam. 2. 2. (1). PE CU AR IA S. L. E . 2.3.4 Capacidad de absorción de agua. Se pesaron muestras de 2,5 cm x 5 cm y se sumergieron en agua destilada a 25 ± 1,0 ° C durante 30 s. Después de eliminar el exceso de agua con un papel tisú, las muestras se. pesaron de nuevo. La cantidad de agua absorbida se calculó como la diferencia de peso, expresada como masa de agua absorbida por masa de la muestra original (ABNT NBR. NM ISO 535, 1999). Los valores reportados fueron la media de cinco determinaciones. RO. para cada formulación.. 2.3.5 Microscopía electrónica de barrido (SEM). AG. Las bandejas con diferentes formulaciones se almacenaron a 25ºC y 60% de humedad relativa durante cuatro días. Los análisis SEM se realizaron en un Tecsan VEGA 3 LM. DE. equipado con un sistema de recubrimiento de oro SPI 11430-AB (TESCAN USA, EE.UU). Las piezas de bandejas fueron montadas para la visualización de la sección. CA. transversal de los trozos de bronce; Se empleó cinta adhesiva de doble cara. Las superficies se recubrieron con una delgada capa de oro (40-50 nm). Todas las muestras. Análisis termogravimétrico (TGA). IO. 2.3.6. TE. se examinaron bajo una tensión de aceleración de 20 kV.. Las propiedades térmicas de las bandejas se evaluaron en un analizador SETSYS. BI BL. Evolution TGA-DTA/DSC (Instrumentación SETARAM, Francia). Los análisis se llevaron a cabo en atmósfera de nitrógeno (100 ml/min); Las muestras (aproximadamente 6 mg) se calentaron de 23 a 600ºC a una velocidad de calentamiento de 10ºC / min. El porta-muestras era un crisol de alúmina abierto. La celda de referencia fue el correspondiente crisol de alúmina vacío. La pérdida de peso (masa) se determina 13. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. sobre la base de la diferencia de masa en la curva TG utilizando el software del instrumento.. PE CU AR IA S. 2.3.7 Propiedades mecánicas. Para determinar las propiedades mecánicas de las bandejas preparadas en este trabajo y. de bandejas de EPS (espesor de 2,53 mm y densidad de 0,041 g/cm3) se utilizó un analizador de textura modelo TA.HD Plus (Stable Micro System, Surrey, UK) con una célula de carga de 100 kg mediante pruebas de tensión y compresión. Los ensayos de tracción se realizaron con tiras de 100 mm x 25 mm, separación inicial de agarre de 80. mm y velocidad de cruce de 2 mm / s. Las curvas de esfuerzo-deformación se. RO. registraron durante la extensión, y se determinó el estrés y la deformación en la rotura (Vercelheze et al., 2012).. AG. Las pruebas de compresión se realizaron con cuadrados de 50 mm x 50 mm. La resistencia a la punción y la deformación de las bandejas se midieron con un accesorio. DE. HDP/CFS y una sonda esférica de acero inoxidable P/0,25S. La velocidad de ensayo fue 1,0 mm/s; La sonda se desplazó a una distancia de 25 mm. Para la prueba de. CA. penetración, se construyeron gráficos de fuerza (g) vs tiempo (s); La dureza fue el punto más alto de la curva. Para la prueba de deformación, se trazaron gráficas de distancia. TE. (mm) vs tiempo (s); La distancia en la que se fracturó la muestra correspondió a un valor de uno. Cada formulación se ensayó 12 veces, y los valores informados fueron los. IO. promedios de estas determinaciones.. BI BL. 2.4 Análisis estadístico Se realizaron análisis de varianza (ANOVA) y prueba de Tukey para comparar las formulaciones (relación almidón/fibra) y los tipos de fibra, con una significación establecida en p <0,05. Se utilizó el software Statistica versión 7.0 (Statsoft®, EE.UU.). 3. RESULTADOS Y DISCUSION. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.1 Composición química de las fibras La Tabla 2 muestra la composición de las fibras de bagazo de caña de azúcar (SB) y de. PE CU AR IA S. peladilla de espárrago (AP). Las fibras SB contenían 31,7% más de celulosa que las fibras AP. Tanto las fibras SB como AP presentaron un mayor contenido de lignina. insoluble y hemicelulosas. Oliveira et al. (2016) informaron mayor contenido de celulosa y hemicelulosa para SB (45,0 ± 0,2% y 29,9 ± 0,2, respectivamente) que el. valor obtenido en este trabajo. Esta diferencia podría deberse a las condiciones de. cultivo ya la variedad de la caña de azúcar. El contenido de celulosa de las fibras AP fue similar al contenido de Fuentes-Alventosa et al. (2009) para los subproductos de. RO. espárragos (19.1 - 25.3% base seca), pero fue menor que el contenido de Chen et al.. (2014) para los tallos de espárragos (34,6%). Mientras que el contenido de hemicelulosa. AG. de las fibras de AP fue similar al contenido informado por Chen et al. (2014) para tallos de espárragos blancos. El contenido de lignina soluble de las fibras AP fue. DE. significativamente mayor en comparación con el contenido de lignina soluble de las fibras SB (prueba de Tukey, p <0,05). El contenido total de lignina de las fibras AP fue. CA. del 21,71%, superior a los valores del 11-18% reportados por Fuentes-Alventosa et al. (2009) y Chen et al. (2014). El contenido total de lignina (19,43%) de las fibras SB fue. TE. cercano al valor reportado por Oliveira et al. (2016) (21,2%). Tabla 2. Composición del material lignocelulósico (g/100 g de m.s.) Peladilla de espárrago. Humedad*. 8.05 ± 0.12b. 14.48 ± 0.08a. Cenizas. 5.93 ± 0.06a. 8.40 ± 0.21a. Celulosa. 23.69 ± 0.39a. 16.18 ± 0.67b. 19.29 ± 1.34a. 20.33 ± 1.39a. Lignina soluble. 1.50 ± 0.24b. 2.36 ± 0.09a. Lignina insoluble. 17.93 ± 1.08a. 19.35 ± 0.66a. BI BL. IO. Bagazo de caña de azúcar. Hemicelulosa + polisacáridos. * Valor expresado en base húmeda.. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. a-b. Medios con diferentes letras superíndice en la misma línea son estadísticamente diferentes en. p <0,05 según la prueba de Tukey.. PE CU AR IA S. 3.2 Rendimiento de producción La Tabla 3 muestra el rendimiento de producción de las bandejas de almidón/SB y almidón/AP. El rendimiento de producción varió de 55 a 100%. Se obtuvo un rendimiento de producción máximo (100%) para la bandeja de espuma de almidón de camote sin fibra añadida (100/0), la bandeja de espuma de almidón/SB 90/10 y la. bandeja de espuma de almidón/AP 95/5. Estas bandejas se obtuvieron enteras e intactas, como se observa en la Figura 1.. Tabla 3. Rendimiento de producción (%) de las bandejas hechas de almidón de camote. 100/0. Almidón/SB Almidón/AP. AG. Almidón/fibra ratio. RO. añadidas con fibra de bagazo de caña de azúcar (SB) o peladilla de espárrago (AP). 100. 100. 90. 100. 100. 95. 85/15. 80. 90. 80/20. 75. 80. 70/30. 60. 60. 60. 55. 95/5. CA. DE. 90/10. TE. 60/40. Las bandejas de almidón de camote añadidas con mayor contenido de fibra (20, 30 y. IO. 40%) tuvieron un rendimiento más bajo, mientras que las bandejas de espuma a base de. BI BL. almidón de camote que contenían una menor proporción de fibras (5 y 10%) obtuvieron valores cercanos al 100% (Tabla 3). La adición de fibras aumenta la viscosidad y la resistencia a la expansión del almidón, y concentraciones más altas de fibras pueden interferir en la formación de una matriz continua durante la generación de la bandeja. Esto explica los puntos débiles en las bandejas (Cinelli et al., 2006, Lawton et al.,. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2004), aunque las mezclas se incorporaron con una mayor cantidad de agua para. DE. AG. RO. PE CU AR IA S. asegurar la homogeneidad.. almidón/SB 90/10.. TE. 3.3 Color. CA. Figura 1. Bandejas hechas a base de (a) almidón/fibra 100/0, (b) almidón/AP 95/5, y (c). El color de la bandeja podría tener un efecto de aceptación o rechazo por parte del. IO. consumidor. La Tabla 4 muestra que la adición de fibras influyó en la luminosidad (L*),. BI BL. enrojecimiento (a*), amarilleamiento (b*) y diferencia de color (E) de la espuma a base de almidón de camote. La bandeja de control (100/0) presentó L* = 75, a* = 0,8 y b* = 3,15, mientras que las bandejas de almidón/SB tenían L* = 60 a 68, a = 1 a 2,35 y b = 8,65 a 11,9, y las bandejas de almidón/AP mostradas L* = 50,4 a 69,6, a = 3,4 a 8,3, y b = 16,5 a 22. Según estos resultados, la luminosidad (L *) de la espuma a base de 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. almidón de camote disminuyó con la adición de fibras (SB o AP). Debido a que las fibras SB y AP contienen lignina como se muestra en la Tabla 2, las bandejas. PE CU AR IA S. compuestas eran más oscuras que el control (Kaisangsri et al., 2012; Stevens et al.,. 2010). Además, un aumento en la concentración de fibras disminuyó la luminosidad del almidón/SB y del almidón/AP en las bandejas. Además, las bandejas de almidón/AP. eran más oscuras que las bandejas de almidón/SB porque las fibras AP tenían un contenido más alto de lignina (Tabla 2). La hidrólisis de hemicelulosa a temperaturas elevadas puede liberar xilosa, manosa, ácido acético, galactosa y glucosa. A mayor. temperatura y presión, la xilosa puede descomponerse a furfural proporcionando un. RO. color de ceja en bandejas compuestas a temperatura y presión más altas (Palmqvist & Hahn-Hagerdal, 2000). Además, probablemente una mayor proporción de compuestos. AG. fenólicos unidos a la estructura de la lignina favorece el oscurecimiento de las bandejas de espuma durante la termopresión. A alta temperatura, las cadenas laterales alifáticas. DE. podrían separarse del anillo aromático con la ruptura de los enlaces C-C entre unidades estructurales de lignina (Ciobanu et al., 2004). Esto explicaría por qué las bandejas con. CA. fibra AP (mayor contenido de lignina, Tabla 2) son más oscuras que las bandejas con fibra SB.. TE. El parámetro b* de la espuma a base de almidón de camote aumentó significativamente con la adición de fibras SB o AP-el almidón/SB y el almidón/AP bandejas eran de color. IO. amarillo (Figura 1). Mientras que el parámetro a* aumentó ligeramente con la adición. BI BL. de fibras SB, siendo este parámetro más afectado por la adición de fibra AP probablemente debido a la alta concentración de lignina en las fibras AP (Debiagi et al., 2015). En su análisis físico-químico de lignina obtenido de SB, Miléo et al. (2016) encontraron compuestos nitrogenados que podrían provenir de aminoácidos vegetales o urea incorporados durante el procesamiento. Estos compuestos de nitrógeno. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. reaccionaron posiblemente con hidratos de carbono que, en presencia de alta temperatura de termoformado, provocaron la caramelización y la reacción de Maillard,. PE CU AR IA S. para oscurecer las bandejas de espuma y aumentar los valores de a * y b *. Además, un. mayor contenido de lignina en la fibra AP podría causar un mayor enrojecimiento y amarillamiento en las bandejas, similar al reportado en películas basadas en almidón de sagú incorporado con lignina (Bhat et al., 2013).. Tabla 4. Parámetros de color de las bandejas hechas a base de almidón de camote. añadidas con fibra de bagazo de caña de azúcar (SB) o peladilla de espárrago (AP) L*. SB. AP. AP. RO. SB. 0.8 ±. 3.15 ±. 3.15 ±. 15.30 ±. 15.30 ±. 0.24g. 1.35e. 1.35e. 1.53e. 1.53f. 3.44 ±. 8.65 ±. 16.54 ±. 24.25 ±. 27.99 ±. 0.22eB. 0.76fA. 0.55dB. 1.62dA. 0.60dB. 2.30eA. 1.70 ±. 4.44 ±. 10.15 ±. 18.20 ±. 28.78 ±. 32.09 ±. 0.09dB. 0.50eA. 0.61cB. 1.29cA. 1.50cB. 2.39dA. 63.38 ±. 1.85 ±. 5.42 ±. 11.07 ±. 20.14 ±. 31.31 ±. 34.98 ±. 1.22dA. 0.23cdB. 0.13dA. 0.93bcB. 0.45bA. 0.78bB. 1.00cA. 62.08 ±. 1.90 ±. 6.08 ±. 10.75 ±. 21.14 ±. 32.26 ±. 36.64 ±. 1.75dA. 0.51dA. 0.13cdB. 0.36cA. 0.51bcB. 0.60abA. 1.76bB. 0.79cA. 60.67 ±. 55.88 ±. 2.15 ±. 6.90 ±. 11.93 ±. 21.38 ±. 32.57 ±. 41.58 ±. 1.02dA. 1.36eB. 0.21bcB. 0.60bA. 0.68aB. 0.93abA. 0.93bB. 1.54bA. 55.65 ±. 50.42 ±. 2.35 ±. 8.28 ±. 11.92 ±. 22.06 ±. 37.02 ±. 46.51 ±. 0.55eA. 0.66eB. 0.10aB. 0.48aA. 0.72aB. 0.91aA. 0.37aB. 0.94aA. SB. AP. SB. 100/0. 75.05 ±. 75.05 ±. 0.8 ±. 1.45a. 1.45a. 0.24e. 68.38 ±. 69.62 ±. 1.03 ±. 0.53bA. 2.08bA. 64.02 ±. 65.50 ±. 1.68cA. 2.49cA. 61.62 ±. 85/15. 0.41dA 60.37 ±. TE. 80/20. CA. 90/10. BI BL. 70/30. 60/40. AP. AG. ratio. 95/5. ΔE. b*. DE. a*. IO. Almidón/fibra. a-e. La media con letras minúsculas diferentes en la misma columna indica una diferencia significativa. entre las bandejas con diferentes concentraciones de fibra según la prueba de Tukey, p <0,05.. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. A,B. La media con letras mayúsculas diferentes en la misma línea indica una diferencia significativa entre. el almidón / SB y la bandeja de espuma de almidón / PA para cada parámetro analizado de acuerdo con la. PE CU AR IA S. prueba de Tukey, p & lt; 0,05.. 3.4 Espesor y densidad. La Tabla 5 resume el espesor y la densidad de las bandejas. El espesor y la densidad de. la bandeja de control (100/0) fueron 2,62 mm y 0,159 g/cm3, respectivamente. En. general, la adición de fibras (SB o AP) a la matriz de almidón de camote disminuyó el espesor e incrementó la densidad de las bandejas a base de almidón de camote. Además, las bajas concentraciones de fibras SB (5, 10 y 15%) y altas concentraciones de fibras. RO. AP redujeron significativamente el espesor de las bandejas. Por lo tanto, la bandeja producida con 40% de fibras AP tenía el espesor más pequeño (2.533 mm).. AG. Además, la densidad de bandejas aumentó con el aumento de la concentración de fibras (SB o PA), que fue más evidente para las bandejas de almidón/AP. Por lo tanto, la. DE. espuma producida con 40% de AP tenía la densidad más alta (0.3 g/cm3). Probablemente, la fibra AP (20 - 40%) incorporada en la matriz polimérica interfiere. CA. con la capacidad de expansión del almidón durante el proceso de termoformado, generando bandejas de espuma con mayor densidad (relación inversa) (Kaisangsri et al.,. TE. 2014). Dado que son deseables las bandejas de espuma con baja densidad, deben usarse. IO. concentraciones de fibras por debajo del 20%.. BI BL. Los valores de densidad obtenidos en este estudio fueron mayores en comparación con los valores de densidad obtenidos para las bandejas de espuma EPS (espesor de 2,53 mm y densidad de 0,041 g/cm3), pero los valores de densidad fueron similares a los reportados por otros autores para las bandejas de espuma hechas de Almidón de yuca y fibras SB: 0,1941-0,2996 g/cm3 (Vercelheze et al., 2012), 0.1985–0.2809 g cm-3 (Vercelheze et al., 2013), y 0.20–0.33 g/cm3 (Mali et al., 2010). 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 5. Espesor y densidad de las bandejas compuestas de espuma a base de almidón. PE CU AR IA S. de patata dulce añadidas con bagazo de caña de azúcar (SB) o fibras de cáscara de espárrago (AP). Densidad (g cm-3). Espesor (mm). Almidón/fibra ratio. SB. AP. 100/0. 2.620 ± 0.004a. 2.620 ± 0.004a. 95/5. 2.535 ± 0.023cdB. 90/10. AP. 0.159 ± 0.006c. 0.159 ± 0.006c. 2.590 ± 0.018bcA. 0.190 ± 0.015bA. 0.193 ± 0.013bcA. 2.517 ± 0.025dB. 2.603 ± 0.021abA. 0.213 ± 0.019abA. 0.198 ± 0.028bcA. 85/15. 2.560 ± 0.028bcB. 2.600 ± 0.014abcA. 0.217 ± 0.010abA. 0.209 ± 0.011bA. 80/20. 2.627 ± 0.025aA. 2.588 ± 0.013bcB. 0.220 ± 0.004abA. 0.227 ± 0.013bA. 70/30. 2.578 ± 0.023bcA. 2.585 ± 0.026bcA. 0.219 ± 0.008abB. 0.274 ± 0.009aA. 60/40. 2.595 ± 0.017abA. 0.224 ± 0.001aB. 0.300 ± 0.010aA. AG. 2.533 ± 0.026dB. La media con letras minúsculas diferentes en la misma columna indica una diferencia significativa. DE. a-e. RO. SB. entre las bandejas con diferentes concentraciones de fibra según la prueba de Tukey, p <0,05. La media con letras mayúsculas diferentes en la misma línea indica una diferencia significativa entre. CA. A,B. el almidón/SB y la bandeja de espuma de almidón/PA para cada parámetro analizado de acuerdo con la prueba de Tukey, p < 0,05.. TE. 3.5 Microscopía electrónica de barrido. IO. La Figura 2 representa las micrografías SEM de las secciones transversales de las. BI BL. bandejas de control, almidón/SB (90/10) y almidón/AP (95/5), que presentaron una producción de rendimiento del 100%. Todas las tres bandejas a base de almidón de camote tenían una estructura de tipo sándwich que constaba de dos capas y un mayor tamaño de celda en el interior de la espuma, para producir una estructura más expandida con alguna diferencia en función al tipo de fibra añadida en la matriz de almidón (Mello y Mali, 2014, Cinelli et al., 2006, Matsuda et al., 2013, Vercelheze et al., 2012). Las 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. micrografías no mostraron ninguna fibra orientada, independientemente del tipo de fibra (SB o AP). Lawton et al. (2004) también verificaron la falta de orientación de las fibras. PE CU AR IA S. en la bandeja de maíz o bandeja de aspen. Según estos autores, no había dirección de flujo durante el proceso de cocción, por lo que las fibras no eran capaces de alinearse a. lo largo de la dirección del flujo. Así, durante el proceso de cocción, las fibras quedaron. atrapadas dentro de la matriz de almidón gelatinizado y se convirtieron en parte de las. IO. TE. CA. DE. AG. RO. paredes celulares durante el proceso de formación de espuma.. BI BL. Figura 2. Micrografías de las bandejas con las mejores propiedades mecánicas: (a) almidón/fibra 100/0, (b) almidón/AP 95/5, y (c) almidón/SB 90/10.. El espesor de las capas (pieles) y el tamaño de la celda en el interior del almidón/SB, el almidón/AP y las bandejas de control eran diferentes. Las bandejas de almidón/SB mostraron una amplia distribución de tamaños de células más pequeñas en las capas 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. exteriores (capa externa) y diferentes tamaños de células de aire dentro de la espuma (Figura 2c), mientras que las bandejas de almidón/AP presentaron pieles más densas,. PE CU AR IA S. más porosa (figuras 2b). La bandeja de control tenía una estructura más densa y menos expandida (Figura 2a) que el almidón/SB y las bandejas de almidón/AP, indicando que. la adición de 5 o 10% de fibras (SB o AP) no interfirió en el proceso de formación de. espuma de la bandeja y Expansión de espuma mejorada de la bandeja de material compuesto de almidón de camote. 3.6 Capacidad de absorción de agua. Según la figura 3, la adición de fibras (AP o SB) afectó a la capacidad de absorción de. RO. agua (WAC) de las bandejas de almidón de camote. El WAC de la bandeja de control. AG. (proporción 100/0) fue de 55,4 g de agua/100 g m.s., mientras que el WAC del almidón/SB y las bandejas de almidón/AP oscilaron entre 34,4 y 76,6 g de agua/100 g m.s. y de 70,5 a 126,7 g de agua/100 g m.s., respectivamente. La concentración de fibra. DE. también afectó significativamente al WAC de la espuma a base de almidón de camote. A menor concentración de fibras SB (del 5 al 15%), el WAC de la espuma de. CA. almidón/SB permaneció constante a 76,6 g de agua/100 g m.s., siendo más higroscópico que la bandeja de control. Mientras que a mayor concentración de fibras SB (desde. TE. 20%), la higroscopicidad de la bandeja de almidón compuesto se redujo (WAC < 34,4 g. IO. de agua/100 g m.s.) que la bandeja de control. Mientras tanto, la adición de fibra AP produjo bandejas compuestas más higroscópicas que las bandejas de almidón/SB y la. BI BL. bandeja de control en todas las concentraciones de fibras estudiadas (Figura 3). Debido a que las fibras AP tienen menor contenido de celulosa (fase cristalina) (Tabla 2) y mayor contenido de humedad que las fibras SB, las bandejas de almidón/AP pueden ser más higroscópicas y absorber más agua a una velocidad mayor que las bandejas de almidón/SB. Además, la alta porosidad de las bandejas de almidón/AP (ver Figura 2) 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. dio lugar a que el vapor de agua se transportara fácilmente a las estructuras internas, por lo que estas bandejas absorbieron más vapor de agua que las otras bandejas estudiadas.. PE CU AR IA S. Debido a que la celulosa presente en las fibras reduce el WAC (Bénézet et al., 2012;. Guan y Hanna, 2006), la adición de concentraciones más altas de fibras SB (30 y 40%) produjo bandejas con WAC inferior a la bandeja de control. Otros autores también. observaron que un aumento en las concentraciones de fibras disminuyó el WAC de. Capacidad de absorción de agua (g agua/100 g d.b). espuma basada en almidón (Kaisangsri et al., 2012; Vercelheze et al., 2012).. 140. RO. 120 100. AG. 80 60. DE. 40 20 0. 95/5. TE. CA. 100/0. 90/10. 85/15. 80/20. 70/30. 60/40. Almidón/fibra ratio SB. AP. IO. Figura 3. Capacidad de absorción de agua de las bandejas preparadas con almidón de camote y añadidas con fibras.. BI BL. 3.7 Propiedades mecánicas de las bandejas La adición de fibras (AP o SB) aumentó ligeramente la resistencia a la ruptura de la bandeja de almidón de camote (Tabla 6). Mientras tanto, el efecto de la concentración de fibras en la resistencia a la ruptura de las bandejas fue diferente para las fibras SB y. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AP. Un aumento en la concentración de fibras SB aumentó ligeramente la resistencia a la ruptura de las bandejas, mientras que la concentración de fibras AP no afectó. PE CU AR IA S. significativamente la resistencia a la ruptura de las bandejas. Además, la adición de fibras SB proporcionó valores de resistencia a la ruptura más altos que la adición de fibras AP a pesar de que las concentraciones de AP más altas (30 y 40%) a pesar de que las bandejas de almidón/AP fueron más densas que las bandejas de almidón/SB en estas. concentraciones de fibra como se muestra en la Tabla 4. Algunos autores han mencionado que el aumento de la densidad de espuma está directamente relacionado. con un mayor módulo de elasticidad y resistencia a la ruptura (Yildirim et al., 2014;. RO. Shey et al., 2006). En este sentido, podemos decir que la SB se incorporó mejor a la matriz de almidón, ya que las fibras SB no interferían en las interacciones directas y en. AG. la proximidad entre la cadena de almidón, por lo que bajo fuerzas de tracción, la fuerza se transmitía a las fibras SB, mejorando la resistencia de las bandejas (Mali et al., 2005).. DE. Además, para altas proporciones de fibras, el contenido de amilosa fue menor y las fibras afectaron los enlaces de almidón, generando bandejas con propiedades mecánicas. CA. que dependían de la concentración y tipo de fibra (Salgado et al., 2008). Debido a que las fibras SB tenían mayor contenido de celulosa que las fibras AP (Tabla 2), las. TE. bandejas de almidón/SB tenían mejores propiedades mecánicas. La adición de concentraciones más altas de fibra SB (> 20%) redujo ligeramente la. IO. elongación de las bandejas de almidón de camote (control). La adición de fibras de AP. BI BL. produjo un comportamiento inverso: las fibras de 40% de AP produjeron las bandejas compuestas más extensibles. Debido a que la bandeja de almidón/AP 60/40 presentó mayor densidad y menor capacidad de absorción de agua, altas concentraciones de fibras AP favorecieron la formación de una estructura más compacta y menos porosa que retenía el agua mediante el establecimiento de enlaces de hidrógeno, con agua 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. actuando como plastificante en las bandejas con el mayor alargamiento. Algunos estudios han informado de que la presencia de otros componentes en la matriz del. PE CU AR IA S. almidón, como las fibras, reducen las fuerzas cohesivas y la fragilidad en la matriz. polimérica, disminuyendo la tensión y aumentando la deformación al romperse de estos materiales (Cinelli et al., 2006; Lawton et al., 2004). Este comportamiento surgió para la bandeja de almidón/AP 60/40.. Por otra parte, el almidón/AP con mayores concentraciones de AP (> 20%) eran más. extensibles que las bandejas de almidón/SB. A altas concentraciones de fibras, el alargamiento de las bandejas de espuma a base de patata dulce dependía del tipo de. RO. fibra. Debido a que las fibras AP generaron bandejas con mayor capacidad de absorción de agua que las fibras SB (Figura 3) y dado que el agua actúa como plastificante, la. AG. capacidad de alargamiento de las bandejas de almidón/AP es superior a la capacidad de alargamiento de las bandejas de almidón/SB (Soykeabkaew et al., 2004).. DE. Tabla 6. Propiedades mecánicas (medidas por ensayos de tracción) de las bandejas a base de almidón de camote añadidas con fibra de bagazo de caña de azúcar (SB) y. CA. peladilla de espárrago (AP).. Almidón/fibra ratio. Resistencia a la ruptura (MPa) AP. SB. AP. 100/0. 0.45 ± 0.07c. 0.45 ± 0.07b. 0.90 ± 0.02a. 0.90 ± 0.02b. 95/5. 0.65 ± 0.13bA. 0.56 ± 0.01aB. 0.90 ± 0.01aA. 0.70 ± 0.01cB. 90/10. 0.69 ± 0.13bA. 0.52 ± 0.01aB. 0.90 ± 0.01aA. 0.90 ± 0.01bA. 85/15. 0.78 ± 0.04bA. 0.59 ± 0.02aB. 0.90 ± 0.01aA. 0.80 ± 0.02bcB. 80/20. 0.76 ± 0.02bA. 0.58 ± 0.04aB. 0.70 ± 0.01bB. 0.90 ± 0.02bA. 70/30. 0.81 ± 0.07bA. 0.58 ± 0.09aB. 0.70 ± 0.01bB. 0.80 ± 0.02bcA. 60/40. 0.95 ± 0.21abA. 0.62 ± 0.03aB. 0.60 ± 0.02bB. 1.10 ± 0.02aA. IO. TE. SB. BI BL a-e. Elongación (%). La media con letras minúsculas diferentes en la misma columna indica una diferencia significativa. entre las bandejas con diferentes concentraciones de fibra según la prueba de Tukey, p <0,05.. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.