Optimization of Laboratory-scale Operating Conditions for the Modification of Cassava Starch (Manihot esculenta) Via Acid Hydrolysis and Phosphation

Abstract. This study explores the chemical modification of natural cassava starch through acid hydrolysis and phosphation, evaluating the impact of these treatments on key physicochemical properties such as viscosity, gelatinization temperature, water solubility, and acidity index. The reaction parameters for each process were optimized, including HCl concentration, sodium tripolyphosphate (TPS) concentration, and reaction time, achieving optimal conditions of 0.5 N HCl for 1 h for acid hydrolysis and 0.1 % TPS for 1 h for phosphation. These parameters were selected for their efficiency and cost-effectiveness in terms of reagent consumption and processing time, resulting in a significant improvement in the physicochemical properties of the starch. Acid hydrolysis reduced the viscosity of the starch, indicating a change in its molecular structure, while the gelatinization temperature increased, suggesting enhanced thermal stability. Water solubility showed a substantial increase, indicating greater availability for different applications. Phosphation with sodium tripolyphosphate also improved solubility and the acidity index due to the introduction of phosphate groups. Together, these results demonstrate that both treatments are highly effective in modifying cassava starch, expanding its potential for use in industries such as food, bioplastics, and pharmaceuticals, where the improved properties can offer new opportunities for the development of innovative products. Resumen. Este estudio explora la modificación química del almidón de yuca natural mediante hidrólisis ácida y fosfatación, evaluando el impacto de estos tratamientos sobre sus propiedades fisicoquímicas clave, como la viscosidad, la temperatura de gelatinización, la solubilidad en agua y el índice de acidez. Se optimizaron los parámetros de reacción para cada proceso, incluyendo la concentración de HCl, la concentración de tripolifosfato de sodio (TPS) y el tiempo de tratamiento, alcanzando condiciones óptimas de 0.5 N de HCl durante 1 h para la hidrólisis ácida y 0.1 % de TPS durante 1 h para la fosfatación. Estos parámetros fueron seleccionados por su eficiencia y bajo costo en términos de consumo de reactivos y tiempo de procesamiento, lo que resultó en una mejora significativa de las propiedades fisicoquímicas del almidón. La hidrólisis ácida redujo la viscosidad del almidón, evidenciando una alteración en su estructura molecular, mientras que la temperatura de gelatinización aumentó, indicando una mayor estabilidad térmica. La solubilidad en agua mostró un incremento sustancial, lo que sugiere una mayor disponibilidad para diversas aplicaciones. Por su parte, la fosfatación con tripolifosfato de sodio también mejoró la solubilidad y el índice de acidez, debido a la introducción de grupos fosfato. En conjunto, estos resultados demuestran que ambos tratamientos son altamente efectivos para modificar el almidón de yuca, ampliando su potencial de uso en industrias como la alimentaria, la de bioplásticos y la farmacéutica, donde las propiedades mejoradas pueden ofrecer nuevas oportunidades para el desarrollo de productos innovadores.