La goma guar , también llamada guaran , es un polisacárido galactomanano extraído de las semillas de guar que tiene propiedades espesantes y estabilizantes útiles en alimentos, piensos y aplicaciones industriales. [1] Las semillas de guar se descascarillan mecánicamente, se hidratan, se muelen y se tamizan según la aplicación. [2] Por lo general, se produce como un polvo blanquecino que fluye libremente.
El frijol guar se cultiva principalmente en India , Pakistán , Estados Unidos , Australia y África . India es el mayor productor y representa casi el 80% de la producción mundial. [3] En la India, Rajasthan , Gujarat y Haryana son las principales regiones productoras. Estados Unidos ha producido entre 4.600 y 14.000 toneladas de guar en los últimos cinco años. [4] [ ¿ cuándo? ] La superficie cultivada de Texas desde 1999 ha fluctuado entre 7.000 y 50.000 acres. [5] La producción mundial de goma guar y sus derivados es de aproximadamente 1,0 millón de toneladas. La goma guar no alimentaria representa alrededor del 40% de la demanda total. [6]
Químicamente, la goma guar es un exopolisacárido compuesto por los azúcares galactosa y manosa . [7] La columna vertebral es una cadena lineal de residuos de manosa unidos en β 1,4 a los cuales los residuos de galactosa están unidos en 1,6 cada dos manosa, formando ramas laterales cortas. La goma guar tiene la capacidad de soportar temperaturas de 80 °C (176 °F) durante cinco minutos. [8]
La goma guar es más soluble que la goma de algarroba debido a sus puntos de ramificación adicionales de galactosa . A diferencia de la goma de algarroba, no es autogelificante. [9] Tanto el bórax como el calcio pueden entrecruzar la goma guar y provocar que se gelifique . En agua, es no iónico e hidrocoloidal . No se ve afectado por la fuerza iónica o el pH , pero se degradará a pH y temperatura extremos (por ejemplo, pH 3 a 50 °C). [9] Permanece estable en solución en un rango de pH de 5 a 7. Los ácidos fuertes causan hidrólisis y pérdida de viscosidad y los álcalis en concentraciones fuertes también tienden a reducir la viscosidad. Es insoluble en la mayoría de los disolventes de hidrocarburos. La viscosidad obtenida depende del tiempo, la temperatura, la concentración, el pH, la velocidad de agitación y el tamaño de partícula de la goma en polvo utilizada. Cuanto menor es la temperatura, menor es la velocidad a la que aumenta la viscosidad y menor es la viscosidad final. Por encima de 80°, la viscosidad final se reduce ligeramente. Los polvos de guar más finos se hinchan más rápidamente que la goma en polvo gruesa de mayor tamaño. [ cita necesaria ] [10]
La goma guar muestra una clara meseta de baja cizalladura en la curva de flujo y se adelgaza fuertemente. La reología de la goma guar es típica de un polímero en espiral aleatorio. No muestra las viscosidades de meseta de cizallamiento muy altas y bajas [ se necesita aclaración ] que se observan con cadenas de polímeros más rígidas, como la goma xantana. Es muy tixotrópico por encima del 1% de concentración, pero por debajo del 0,3%, la tixotropía es leve. La goma guar muestra sinergia de viscosidad con la goma xantana . [ se necesita aclaración ] Las mezclas de goma guar y caseína micelar pueden ser ligeramente tixotrópicas si se forma un sistema bifásico. [9] [11]
Un uso de la goma guar es el de agente espesante en alimentos y medicamentos para humanos y animales. Al no contener gluten, se utiliza como aditivo para sustituir la harina de trigo en productos horneados. [12] :41 Se ha demostrado que reduce el colesterol sérico y los niveles de glucosa en sangre. [13]
La goma guar también es económica porque tiene casi ocho veces la capacidad de espesar el agua que otros agentes (por ejemplo, almidón de maíz ) y sólo se necesita una pequeña cantidad para producir una viscosidad suficiente . [ se necesita aclaración ] [14] Debido a que se requiere menos, se reducen los costos.
Además de los efectos de la goma guar sobre la viscosidad, su alta capacidad para fluir o deformarse le confiere propiedades reológicas [ clarificación necesaria ] favorables. Forma geles rompibles [ se necesita clarificación ] cuando se reticula con boro [ cita requerida ] . Se utiliza en varias formulaciones multifásicas para fracturación hidráulica, en algunas como emulsionante porque ayuda a evitar que las gotas de aceite se fusionen [ cita necesaria ] y en otras como estabilizador para ayudar a evitar que las partículas sólidas se sedimenten y/o se separen [ cita necesario ] .
El fracking implica el bombeo de fluidos cargados de arena a un yacimiento de petróleo o gas natural a alta presión y caudal. Esto agrieta la roca del yacimiento y luego abre las grietas. El agua por sí sola es demasiado diluida para ser efectiva para transportar arena apuntalante , por lo que la goma guar es uno de los ingredientes agregados para espesar la mezcla de lechada y mejorar su capacidad para transportar apuntalante. Hay varias propiedades que son importantes: 1. Tixotrópico : el fluido debe ser tixotrópico, lo que significa que debe gelificarse en unas pocas horas. 2. Gelificación y desgelificación: La viscosidad deseada cambia en el transcurso de unas pocas horas. Cuando se mezcla la lechada de fracking, debe ser lo suficientemente fina para que sea más fácil de bombear. Luego, a medida que fluye por la tubería, el fluido necesita gelificarse para soportar el apuntalante y arrastrarlo profundamente hacia las fracturas. Después de ese proceso, el gel tiene que descomponerse para que sea posible recuperar el fluido de fracking pero dejando atrás el apuntalante. Esto requiere un proceso químico que produce y luego rompe la reticulación del gel a un ritmo predecible. Guar+boro+productos químicos patentados pueden lograr ambos objetivos a la vez. [ cita necesaria ]
La goma guar retarda el crecimiento de cristales de hielo al ralentizar la transferencia de masa a través de la interfaz sólido/líquido. Muestra buena estabilidad durante los ciclos de congelación y descongelación. Por ello, se utiliza en helados sin huevo. La goma guar tiene efectos sinérgicos con la goma garrofín y el alginato de sodio . Puede ser sinérgico con la xantana : junto con la goma xantana, produce un producto más espeso (0,5% goma guar / 0,35% goma xantana), que se utiliza en aplicaciones como sopas, que no requieren resultados claros. [15]
La goma guar es un hidrocoloide, por lo que es útil para hacer pastas espesas sin formar un gel y para mantener el agua unida en una salsa o emulsión. La goma guar se puede utilizar para espesar líquidos fríos y calientes, para elaborar geles calientes, espumas ligeras y como estabilizador de emulsión. La goma guar se puede utilizar para requesones, cuajadas, yogures, salsas, sopas y postres helados. La goma guar también es una buena fuente de fibra con un 80% de fibra dietética soluble en peso seco. [9]
Se analiza la goma guar para
Los estándares de goma guar en polvo son:
Dependiendo de los requisitos del producto final, se utilizan diversas técnicas de procesamiento. La producción comercial de goma guar normalmente utiliza tostado, desgaste diferencial, tamizado y pulido. La goma guar de calidad alimentaria se fabrica por etapas. La selección de división de guar es importante en este proceso. La partida se tamiza para limpiarla y luego se remoja para prehidratarla en una mezcladora de doble cono. La etapa de prehidratación es muy importante porque determina la tasa de hidratación del producto final. Las hendiduras empapadas, que tienen un contenido de humedad razonablemente alto, se pasan a través de una trituradora. El guar en hojuelas se muele y luego se seca. El polvo se tamiza a través de tamices giratorios para entregar el tamaño de partícula requerido. Las partículas de gran tamaño se reciclan a ultrafinas principales o se vuelven a moler en una planta de trituración separada, según el requisito de viscosidad. [ cita necesaria ]
Esta etapa ayuda a reducir la carga en la amoladora. Las rajas empapadas son difíciles de moler. La molienda directa de estos genera más calor en el molinillo, lo cual no es deseado en el proceso, ya que reduce la hidratación del producto. Mediante el proceso de calentamiento, molienda y pulido, se separa la cáscara de las mitades del endospermo y se obtiene la fracción refinada del guar. A través del proceso de molienda posterior, el guar refinado se trata y se convierte en polvo. Del proceso de fabricación dividida se obtiene la cáscara y el germen llamado “harina de guar”, ampliamente comercializado en el mercado internacional como alimento para el ganado. Tiene un alto contenido de proteínas y contiene aceite y albuminoides, alrededor del 50% en germen y alrededor del 25% en cáscara. La calidad del polvo de goma guar de calidad alimentaria se define a partir del tamaño de las partículas, la tasa de hidratación y el contenido microbiano. [ cita necesaria ]
Los fabricantes definen diferentes grados y calidades de goma guar según el tamaño de las partículas, la viscosidad generada con una concentración determinada y la velocidad a la que se desarrolla esa viscosidad. Las gomas guar de malla gruesa normalmente, aunque no siempre, desarrollan viscosidad más lentamente. Pueden alcanzar una viscosidad razonablemente alta, pero tardarán más en lograrlo. Por otro lado, se dispersarán mejor que las mallas finas, en igualdad de condiciones. Una malla más fina, como una malla 200 , requiere más esfuerzo para disolverse. [ cita necesaria ] Hay formas modificadas de goma guar disponibles comercialmente, incluida la guar hidropropil, catiónica y modificada con enzimas. [dieciséis]
Los fluidos de fracturación normalmente constan de muchos aditivos que tienen dos propósitos principales: en primer lugar, mejorar la creación de fracturas y la capacidad de transporte de apuntalante y, en segundo lugar, minimizar el daño a la formación. Entre los aditivos que ayudan a la creación de fracturas se encuentran los viscosificantes, como polímeros y agentes reticulantes, estabilizadores de temperatura, agentes de control del pH y materiales de control de pérdida de fluidos. El daño a la formación se minimiza mediante la incorporación de rompedores, biocidas y surfactantes. Agentes gelificantes más apropiados son polisacáridos lineales, tales como goma guar, celulosa y sus derivados.
Las gomas guar se prefieren como espesantes para la recuperación mejorada de petróleo (EOR). La goma guar y sus derivados constituyen la mayoría de los fluidos de fractura gelificados. El guar es más soluble en agua que otras gomas y también es un mejor emulsionante porque tiene más puntos de ramificación de galactosa. La goma guar muestra una alta viscosidad de bajo cizallamiento, pero se adelgaza fuertemente. Al ser no iónico, no se ve afectado por la fuerza iónica ni por el pH, pero se degradará a un pH bajo a una temperatura moderada (pH 3 a 50 °C). Los derivados de guar demuestran estabilidad en ambientes de alta temperatura y pH. El uso de guar permite lograr viscosidades excepcionalmente altas, lo que mejora la capacidad del líquido de fracturación para transportar apuntalante. El guar se hidrata con bastante rapidez en agua fría para dar soluciones pseudoplásticas altamente viscosas, generalmente con una viscosidad de bajo cizallamiento mayor que otros hidrocoloides. Los sólidos coloidales presentes en el guar hacen que los fluidos sean más eficientes al crear menos torta de filtración. La conductividad del paquete de apuntalante se mantiene mediante la utilización de un fluido que tiene un excelente control de pérdida de fluido, como los sólidos coloidales presentes en la goma guar.
El guar tiene hasta ocho veces más poder espesante que el almidón. La derivatización de la goma guar conduce a cambios sutiles en las propiedades, como una disminución de los enlaces de hidrógeno, una mayor solubilidad en la mezcla de agua y alcohol y una mejor compatibilidad de electrolitos. Estos cambios en las propiedades dan como resultado un mayor uso en diferentes campos, como la impresión textil, los explosivos y las aplicaciones de fracturación de agua y petróleo.
Las moléculas de guar tienen tendencia a agregarse durante el proceso de fracturación hidráulica, principalmente debido a los enlaces de hidrógeno intermoleculares. Estos agregados son perjudiciales para la recuperación de petróleo porque obstruyen las fracturas y restringen el flujo de petróleo. La reticulación de las cadenas de polímero guar evita la agregación mediante la formación de complejos metal-hidroxilo. Los primeros geles guar reticulados se desarrollaron a finales de los años 60. Se han utilizado varios aditivos metálicos para la reticulación, entre ellos cromo, aluminio, antimonio, circonio y el más comúnmente utilizado, boro. El boro, en forma de B(OH)4, reacciona con los grupos hidroxilo del polímero en un proceso de dos pasos para unir dos cadenas de polímero y formar complejos de bisdiol.
1:1 complejo de 1,2 diol y un complejo de 1:1 1,3 diol, coloque el ion borato cargado negativamente en la cadena del polímero como un grupo colgante. El ácido bórico en sí aparentemente no forma complejo con el polímero, de modo que todo el boro unido tiene carga negativa. La forma principal de reticulación puede deberse a la asociación iónica entre el complejo de borato aniónico y los cationes adsorbidos en la segunda cadena polimérica. El desarrollo de geles reticulados fue un avance importante en la tecnología de fluidos de fracturación. La viscosidad se mejora al unir las hebras de bajo peso molecular, lo que produce efectivamente hebras de mayor peso molecular y una estructura rígida. Se añaden agentes reticulantes a las suspensiones de polisacáridos lineales para proporcionar un mayor rendimiento de transporte de apuntalante, en relación con los geles lineales.
Se necesitan concentraciones más bajas de agentes gelificantes de guar cuando las cadenas lineales de guar están entrecruzadas. Se ha determinado que concentraciones reducidas de guar proporcionan roturas mejores y más completas en una fractura. La descomposición del gel guar reticulado después del proceso de fracturación restaura la permeabilidad de la formación y permite un mayor flujo de producción de productos petrolíferos.
El mayor mercado de la goma guar se encuentra en la industria alimentaria . En Estados Unidos se establecen diferentes porcentajes para su concentración permitida en diversas aplicaciones alimentarias. [18] [19] En Europa, la goma guar tiene el código de aditivo alimentario E412 de la UE. La goma xantana y la goma guar son las gomas más utilizadas en recetas y productos sin gluten.
Las aplicaciones incluyen:
La goma guar, como fibra soluble en agua, actúa como laxante formador de volumen . Varios estudios han encontrado que disminuye los niveles de colesterol . Se cree que estas disminuciones son función de su alto contenido de fibra soluble. [23]
Además, su baja digestibilidad hace que se pueda utilizar en recetas como relleno, lo que puede ayudar a proporcionar saciedad o ralentizar la digestión de una comida, reduciendo así el índice glucémico de esa comida. A finales de la década de 1980, la goma guar se utilizaba y promocionaba intensamente en varios fármacos para bajar de peso. La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. finalmente los retiró debido a informes de obstrucción esofágica por ingesta insuficiente de líquidos, después de que una sola marca provocara la hospitalización de al menos 10 usuarios y la muerte. [24] Por esta razón, la goma guar ya no está aprobada para su uso en medicamentos de venta libre para bajar de peso en los Estados Unidos, aunque esta restricción no se aplica a los suplementos. Además, un metanálisis encontró que los suplementos de goma guar no eran eficaces para reducir el peso corporal. [25]
Se han utilizado compuestos a base de guar, como el hidroxipropil guar , en lágrimas artificiales para tratar el ojo seco . [26]
Algunos estudios han encontrado que se desarrolló una sensibilidad alérgica a la goma guar en algunas personas que trabajaban en un entorno industrial donde estaban presentes concentraciones de la sustancia en el aire. En los afectados por la inhalación de partículas en el aire, las reacciones adversas habituales fueron rinitis laboral y asma. [27]
En julio de 2007, la Comisión Europea emitió una advertencia sanitaria a sus estados miembros después de que se detectaran altos niveles de dioxinas en la goma guar, que se utilizaba como espesante en pequeñas cantidades en carnes, lácteos, postres y productos delicatessen. La fuente se remonta a la goma guar de la India que estaba contaminada con pentaclorofenol (PCP), un pesticida que ya no se utiliza. [28] El PCP contiene dioxinas, que dañan el sistema inmunológico humano. [29]