Elaboración de un material biobasado a partir de almidón de frijol negro (Phaseolus vulgaris l.) para evaluar su potencial de aplicación en la industria

Abstract

El presente estudio tuvo como propósito evaluar la extracción del almidón de frijol negro (Phaseolus vulgaris L.) como materia prima para la elaboración de un material biobasado con potencial de aplicación en la industria. Se buscó determinar si este polisacárido posee las propiedades necesarias para generar materiales con resistencia comparable a los plásticos convencionales de baja carga mecánica. El almidón fue obtenido mediante el método de extracción húmeda, alcanzando un rendimiento del 13.48 %(m/m); si bien este valor es inferior al de fuentes como el garbanzo (30 % m/m). Las pruebas funcionales evidenciaron una solubilidad de 4.40 %(m/m), un poder de hinchamiento de 2.01 g/g y un índice de absorción de agua de 2.73 g/g, parámetros que se alinea con el comportamiento típico de almidones de leguminosas y su capacidad para formar matrices cohesivas. A partir de este material se elaboraron biopelículas con diferentes concentraciones de almidón y glicerina, cuyas propiedades fisicoquímicas y mecánicas fueron evaluadas. Los resultados mostraron que al incrementar la concentración de almidón disminuye la humedad y aumenta el espesor y la rigidez del material, alcanzando un módulo de Young de 29.4 MPa en la formulación con mayor contenido de almidón (1.75 g). Los valores obtenidos, aunque inferiores a los de polímeros sintéticos de alta resistencia, demuestran la posibilidad de obtener, a partir de fuentes biológicas, materiales con comportamiento mecánico estable, lo que constituye un avance hacia el desarrollo de formulaciones con propiedades ajustables para aplicaciones industriales específicas.

The purpose of this study was to evaluate the extraction of black bean starch (Phaseolus vulgaris L.) as a raw material for the production of a bio-based material with potential industrial applications. The aim was to determine whether this polysaccharide has the necessary properties to produce materials with strength comparable to conventional plastics with low mechanical load. The starch was obtained using the wet extraction method, achieving a yield of 13.48 % (m/m); although this value is lower than that of sources such as chickpeas (30% m/m). Functional tests showed a solubility of 4.40 % (m/m), a swelling power of 2.01 g/g, and a water absorption index of 2.73 g/g, parameters that are in line with the typical behavior of legume starches and their ability to form cohesive matrices. Biomaterials were produced from this material with different concentrations of starch and glycerin, and their physicochemical and mechanical properties were evaluated. The results showed that increasing the starch concentration decreases moisture and increases the thickness and stiffness of the material, reaching a Young's modulus of 29.4 MPa in the formulation with the highest starch content (1.75 g). Although lower than those of high-strength synthetic polymers, the values obtained demonstrate the possibility of obtaining materials with stable mechanical behavior from biological sources, which constitutes a step forward in the development of formulations with adjustable properties for specific industrial applications.