Cocción de almidón en el proceso de fabricación de papel

Como es sabido, el almidón es el componente más utilizado como materia prima para la fabricación de papel, además de las fibras y los rellenos. Incluye almidón nativo, almidón catiónico, almidón aniónico, almidón anfótero, etc. Se utiliza ampliamente para lograr refuerzo, retención, encolado superficial, estabilidad de la emulsión y otros fines.

En circunstancias normales, el almidón debe cocinarse y gelatinizarse antes de su uso. Existen dos tipos de cocción de almidón: por lotes y continua. Entre ellos, el equipo intermitente es más difícil de controlar y, por lo general, es adecuado para casos donde el consumo de almidón es bajo. La cocción continua suele utilizar una olla de chorro, que ofrece las ventajas de obtener productos más uniformes después de la cocción, una hidratación más completa de las moléculas de almidón, un control automático sencillo y una buena economía de operación. Por ello, es ideal para casos donde el consumo de almidón es alto.

Cocinar y pegar parece sencillo, pero puede que desconozcas algunas cosas. A continuación, te explicaré brevemente los tres puntos siguientes:

1. Al diluir almidón seco en una suspensión, la temperatura del agua de dilución debe controlarse entre 30 y 38 ℃ para evitar la adhesión de los gránulos de almidón; de lo contrario, puede causar algunos problemas en el proceso de dispersión y cocción posterior;
2. En el proceso de cocción y pegado, a medida que aumenta la temperatura, las partículas de almidón continúan absorbiendo agua, los enlaces entre las moléculas de almidón se disocian o destruyen y el volumen de las partículas de almidón continúa expandiéndose; la temperatura a la que el grado de hinchamiento es mayor se llama temperatura de gelatinización o pegado, esta temperatura es generalmente de 55-80 ℃; continúe calentando el almidón para una mayor hidratación, mientras que la viscosidad de la solución de almidón alcanza gradualmente el máximo; luego, los bordes de las partículas de almidón comienzan a romperse y las moléculas de almidón son pequeños agregados. La forma migra a la fase acuosa y la energía proporcionada por el calentamiento continúa haciendo que las moléculas de agua entren entre las moléculas de almidón y las moléculas de almidón obtengan la mejor dispersión.
3. La diferencia significativa entre la cocción y el empaste continuos e intermitentes radica en que el primero utiliza cocción a presión (la cocción y el empaste intermitentes generalmente no están presurizados). Es decir, el almidón se calienta durante unos minutos a una temperatura superior al punto de ebullición normal del agua, y luego la suspensión de almidón pasa a través de una válvula de contrapresión. Al liberarse repentinamente la presión a la presión normal, se generan turbulencias y cizallamiento extremadamente altos. Las partículas de almidón se rompen rápidamente por la diferencia de presión interna y externa, y sus moléculas se dispersan y disuelven por completo. Este proceso se conoce generalmente como conversión termomecánica. Si se utiliza un ácido u oxidante durante la cocción, se denomina conversión termoquímica, lo que generalmente resulta en una menor viscosidad. Para la cocción continua, los proveedores de almidón generalmente recomiendan que la temperatura de cocción sea lo más baja posible para evitar la degradación de las moléculas de almidón. Cocinar a una temperatura superior a la realmente necesaria se denomina sobrecocción. En general, el peso molecular del almidón a una temperatura de cocción inferior a 140 °C no se reduce significativamente.

Ahora hablemos de los factores que deben controlarse durante el proceso de cocción del almidón.

1. Temperatura

La cocción a presión y el empaste generalmente no se utilizan para la cocción por lotes, y se debe evitar que el líquido del almidón hierva. Generalmente, se recomienda controlar la temperatura de cocción entre 88 y 95 grados Celsius y mantenerla durante al menos 20 minutos. La cocción continua generalmente solo toma unos minutos, y la temperatura mínima de cocción del almidón de maíz ceroso se controla entre 104 y 116 grados Celsius; si se trata de almidón con amilosa, la temperatura mínima de cocción debe controlarse entre 116 y 127 grados Celsius.

1. Fuerza de corte

El cizallamiento es fundamental para la cocción intermitente y el empaste. La mezcladora proporciona la mínima fuerza de cizallamiento para mantener una transferencia de calor uniforme y evitar la cocción excesiva o insuficiente en zonas específicas, a la vez que dispersa completamente las moléculas de almidón. El cizallamiento en la cocción a chorro continua se consigue mediante el flujo de la suspensión de almidón en la tubería (mezclada uniformemente con el vapor de calentamiento) y la válvula de contrapresión (para obtener la máxima eficiencia de calentamiento y una temperatura uniforme).

1. Presión

El vapor utilizado en la cocción intermitente y el empaste generalmente se encuentra a presión normal o ligeramente superior. El vapor utilizado en la cocción continua y el empaste generalmente se encuentra a presión normal o ligeramente superior. La presión utilizada en la cocción continua a chorro se encuentra entre 103 y 138 kPa o incluso superior, y la presión del vapor influye considerablemente en los resultados de la cocción. La fluctuación de la presión del vapor provoca cambios en la presión y la temperatura de cocción, lo que, en última instancia, afecta la calidad del almidón gelatinizado líquido.

1. Contenido solido

Debido a la limitación de la capacidad y la eficiencia de calentamiento, y a la alta viscosidad máxima, el contenido de sólidos en la cocción intermitente y el empaste suele ser menor que en la cocción continua. El primero suele ser del 4 % al 6 %, y el segundo, del 8 % al 15 % o incluso superior.

1. Viscosidad aparente

Los diferentes métodos de cocción y empastamiento tienen un mayor impacto en la viscosidad aparente. Generalmente, cuanto mayor sea el aporte de calor durante el proceso de cocción, mejor se dispersarán las moléculas de almidón. Con el mismo contenido de sólidos, la viscosidad del almidón gelatinizado obtenido mediante cocción a chorro continua es menor que la obtenida mediante cocción por lotes. Esto no se debe a la degradación de las moléculas de almidón, sino al entrelazamiento de estas tras la gelatinización. Es mejor disociarlo.

1. Inspección de calidad del almidón gelatinizado

Se puede usar un microscopio para observar si el almidón gelatinizado es uniforme y si presenta gránulos. Un almidón gelatinizado en buen estado presenta un aspecto translúcido (la suspensión de almidón crudo es de color blanco lechoso). El contenido de sólidos se puede medir con un refractómetro (rápido) o mediante el método de secado (preciso).