Goma de guar

goma guar, también llamada guaran, es un polisacárido de galactomanano extraído de las semillas de guar que tiene propiedades espesantes y estabilizadoras útiles en alimentos, piensos y aplicaciones industriales. Las semillas de guar son mecánicamente descascarilladas, hidratadas, molidas y tamizadas según aplicación. Por lo general, se produce como un polvo blanquecino que fluye libremente.

Producción y comercio

El frijol guar se cultiva principalmente en India, Pakistán, Estados Unidos, Australia y África. India es el mayor productor, representando casi el 80% de la producción mundial. En India, Rajasthan, Gujarat y Haryana son las principales regiones productoras. Estados Unidos ha producido de 4.600 a 14.000 toneladas de guar en los últimos 5 años. La superficie en acres de Texas desde 1999 ha fluctuado de alrededor de 7,000 a 50,000 acres. La producción mundial de goma guar y sus derivados es de alrededor de 1,0 millones de toneladas. La goma guar no alimentaria representa alrededor del 40% de la demanda total.

Propiedades

Composición química

Químicamente, la goma guar es un exopolisacárido compuesto por los azúcares galactosa y manosa. El esqueleto es una cadena lineal de residuos de manosa con enlaces β 1,4 a los que los residuos de galactosa están unidos con enlaces 1,6 cada dos manosa, formando ramificaciones laterales cortas. La goma guar tiene la capacidad de soportar temperaturas de 80 °C (176 °F) durante cinco minutos.

Solubilidad y viscosidad

La goma de guar es más soluble que la goma de algarrobo debido a sus puntos extra de ramificación de galactosa. A diferencia de la goma de algarroba, no es autogelificante. Tanto el bórax como el calcio pueden entrecruzar la goma guar y hacer 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). Permanece estable en solución en un rango de pH de 5 a 7. Los ácidos fuertes provocan hidrólisis y pérdida de viscosidad y los álcalis en fuerte concentración también tienden a reducir la viscosidad. Es insoluble en la mayoría de los disolventes de hidrocarburos. La viscosidad alcanzada depende del tiempo, la temperatura, la concentración, el pH, la velocidad de agitación y el tamaño de las partículas de la goma en polvo utilizada. Cuanto menor sea la temperatura, menor será la velocidad a la que aumenta la viscosidad y menor será 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 de mascar en polvo gruesa de tamaño de partícula más grande.

La goma guar muestra una clara meseta de bajo cizallamiento en la curva de flujo y presenta un fuerte adelgazamiento por cizallamiento. La reología de la goma guar es la típica de un polímero de bobina aleatoria. No muestra las muy altas viscosidades de meseta de cizallamiento bajo que se observan con cadenas poliméricas más rígidas, como la goma de xantano. Es muy tixotrópico por encima del 1% de concentración, pero por debajo del 0,3%, la tixotropía es leve. La goma guar muestra una sinergia de viscosidad con la goma xantana. Las mezclas de goma guar y caseína micelar pueden ser ligeramente tixotrópicas si se forma un sistema bifásico.

Engrosamiento

Uno de los usos de la goma guar es un agente espesante en alimentos y medicamentos para humanos y animales. Debido a que no contiene gluten, se usa como aditivo para reemplazar la harina de trigo en productos horneados.^:41 Se ha demostrado que reduce el colesterol sérico y los niveles de glucosa en sangre.

La goma guar también es económica porque tiene casi ocho veces la capacidad de espesar el agua que otros agentes (por ejemplo, el almidón de maíz) y solo se necesita una pequeña cantidad para producir la viscosidad suficiente. Debido a que se requiere menos, los costos se reducen.

Además de los efectos de la goma guar sobre la viscosidad, su alta capacidad para fluir o deformarse le confiere propiedades reológicas favorables. Forma geles rompibles cuando se entrecruza con boro. Se utiliza en varias formulaciones multifásicas para la fracturación hidráulica, en algunas como emulsionante porque ayuda a evitar que las gotas de aceite se unan, y en otras como estabilizador para ayudar a evitar que las partículas sólidas se asienten o se separen.

El fracking implica el bombeo de fluidos cargados de arena en un depósito de petróleo o gas natural a alta presión y velocidad de flujo. Esto agrieta la roca del yacimiento y luego abre las grietas. El agua por sí sola es demasiado diluida para transportar arena apuntalante de manera efectiva, por lo que la goma guar es uno de los ingredientes que se agregan 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 el lodo de fracking, debe ser lo suficientemente delgado para que sea más fácil de bombear. Luego, a medida que fluye por la tubería, el fluido debe gelificarse para soportar el apuntalante y enjuagarlo profundamente en las fracturas. Después de ese proceso, el gel tiene que descomponerse para que sea posible recuperar el fluido de fracking pero dejar atrás el apuntalante. Esto requiere un proceso químico que produce y luego rompe el entrecruzamiento del gel a una velocidad predecible. Guar+boro+productos químicos patentados pueden lograr ambos objetivos a la vez.

Crecimiento de cristales de hielo

La goma guar retarda el crecimiento de cristales de hielo al disminuir la transferencia de masa a través de la interfaz sólido/líquido. Muestra buena estabilidad durante los ciclos de congelación-descongelación. Así, se utiliza en helados sin huevo. La goma guar tiene efectos sinérgicos con la goma de algarrobo 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.

La goma guar es un hidrocoloide, por lo que es útil para hacer pastas espesas sin formar un gel y para mantener el agua ligada en una salsa o emulsión. La goma guar se puede utilizar para espesar líquidos fríos y calientes, para hacer geles calientes, espumas ligeras y como estabilizador de emulsiones. La goma guar se puede utilizar para requesón, cuajada, yogur, 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.

Calificación

La goma guar se analiza para

Los estándares de polvo de goma guar son:

• HS-Code- 130 232 30
• CAS No.- 9000-30-0
• EEC No.- E 412
• BT No.- 1302 3290
• EINECS No. - 232-536-8
• Imco Code- Inofensivo

Proceso de fabricación

Según los requisitos del producto final, se utilizan varias técnicas de procesamiento. La producción comercial de goma guar normalmente usa tostado, trituración diferencial, tamizado y pulido. La goma guar de calidad alimentaria se fabrica por etapas. La selección de guar split es importante en este proceso. La división se tamiza para limpiarla y luego se remoja para prehidratarla en un mezclador de doble cono. La etapa de prehidratación es muy importante porque determina la tasa de hidratación del producto final. Las rebanadas empapadas, que tienen un contenido de humedad razonablemente alto, se pasan a través de una trituradora. La guar partida en copos se muele y luego se seca. El polvo se tamiza a través de tamices rotatorios 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, de acuerdo con el requisito de viscosidad.

Esta etapa ayuda a reducir la carga en el molinillo. Las rebanadas empapadas son difíciles de moler. La molienda directa de estos genera más calor en el molinillo, lo que no se desea en el proceso, ya que reduce la hidratación del producto. A través del proceso de calentamiento, molienda y pulido, la cáscara se separa de las mitades del endospermo y se obtiene el guar split refinado. A través del proceso de molienda adicional, la fracción de guar refinada se trata y se convierte en polvo. El proceso de fabricación partido produce la cáscara y el germen denominado “harina de guar”, ampliamente comercializada en el mercado internacional como alimento para ganado. Tiene un alto contenido de proteínas y contiene aceite y albuminoides, alrededor del 50 % en el germen y alrededor del 25 % en las cáscaras. La calidad del polvo de goma guar de calidad alimentaria se define a partir de su tamaño de partícula, tasa de hidratación y contenido microbiano.

Los fabricantes definen diferentes grados y calidades de goma guar por el tamaño de las partículas, la viscosidad generada con una concentración determinada y la velocidad a la que se desarrolla esa viscosidad. Las gomas de guar de malla gruesa típicamente, pero no siempre, desarrollarán viscosidad más lentamente. Pueden lograr una viscosidad razonablemente alta, pero llevará más tiempo lograrla. Por otro lado, se dispersarán mejor que la malla fina, en igualdad de condiciones. Una malla más fina, como una malla 200, requiere más esfuerzo para disolverse. Las formas modificadas de goma guar están disponibles comercialmente, incluyendo la goma guar modificada con enzimas, catiónica e hidropropílica.

Aplicaciones industriales

• Industria textil: tamaño, acabado e impresión
• Industria papelera: mejor formación de láminas, plegables y superficie densa para imprimir
• Explosives industry – as waterproofing agent mixed with amonium nitrate, nitroglycerin, etc.
• Industria farmacéutica – como binder o como desintegrador en tabletas; ingrediente principal en algunos laxantes de gran volumen
• Industrias cosméticas e inodoros: espesante en pastas dentales, acondicionador en champús (normalmente en una versión modificada químicamente)
• Refracción hidráulica – Las industrias de extracción de petróleo y gas de aglomeración consumen alrededor del 90% de goma de guar producida por India y Pakistán.

Los fluidos de fracturamiento normalmente constan de muchos aditivos que tienen dos propósitos principales: en primer lugar, mejorar la creación de fracturas y la capacidad de carga del apuntalante y, en segundo lugar, minimizar el daño a la formación. Viscosificantes, como polímeros y agentes de reticulación, estabilizadores de temperatura, agentes de control de pH y materiales de control de pérdida de fluidos se encuentran entre los aditivos que ayudan a la creación de fracturas. El daño a la formación se minimiza mediante la incorporación de rompedores, biocidas y surfactantes. Los agentes gelificantes más apropiados son los polisacáridos lineales, como la goma guar, la celulosa y sus derivados.

Se prefieren las gomas guar como espesantes para la recuperación mejorada de petróleo (EOR). La goma guar y sus derivados representan la mayor parte de los fluidos de fracturación gelificados. La guar es más soluble en agua que otras gomas y también es mejor emulsionante porque tiene más puntos de ramificación de galactosa. La goma guar muestra una alta viscosidad a bajo cizallamiento, pero es fuertemente adelgazante por cizallamiento. Al ser no iónico, no se ve afectado por la fuerza iónica o el pH, pero se degradará a un pH bajo a una temperatura moderada (pH 3 a 50 °C). Los derivados de Guar's 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 fracturamiento para transportar apuntalante. La guar se hidrata con bastante rapidez en agua fría para dar soluciones pseudoplásticas altamente viscosas, generalmente de mayor viscosidad a bajo cizallamiento que otros hidrocoloides. Los sólidos coloidales presentes en el guar hacen que los fluidos sean más eficientes al crear menos revoque de filtración. La conductividad del paquete de apuntalante se mantiene utilizando 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 el poder espesante del almidón. La derivatización de la goma guar conduce a cambios sutiles en las propiedades, como la disminución de los enlaces de hidrógeno, el aumento de la solubilidad en la mezcla de agua y alcohol y la mejora de la compatibilidad electrolítica. Estos cambios en las propiedades dan como resultado un mayor uso en diferentes campos, como la impresión de textiles, explosivos y aplicaciones de fracturamiento de agua y petróleo.

Guar reticulante

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. El entrecruzamiento de las cadenas de polímeros de guar evita la agregación al formar complejos metal-hidroxilo. Los primeros geles de guar reticulados se desarrollaron a finales de los años 60. Se han utilizado varios aditivos metálicos para la reticulación, entre ellos se encuentran el cromo, el aluminio, el antimonio, el zirconio y el más comúnmente utilizado, el 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 hebras de polímero y formar complejos de bis-diol.

Complejo de 1,2 diol 1:1 y complejo de 1,3 diol 1:1, coloque el ion de borato cargado negativamente en la cadena de polímero como un grupo colgante. El ácido bórico en sí mismo aparentemente no forma complejos con el polímero, por lo que todo el boro unido está cargado negativamente. La forma principal de entrecruzamiento 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 gran avance en la tecnología de fluidos de fracturamiento. La viscosidad se mejora uniendo las hebras de bajo peso molecular, lo que produce efectivamente hebras de mayor peso molecular y una estructura rígida. Los agentes de reticulación se agregan 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 de guar lineales están entrecruzadas. Se ha determinado que las concentraciones reducidas de guar proporcionan rupturas mejores y más completas en una fractura. La descomposición del gel de guar reticulado después del proceso de fractura restaura la permeabilidad de la formación y permite un mayor flujo de producción de productos derivados del petróleo.

• Minería
• Hydroseeding – la formación de la semilla de "paca de guar"
• Instituciones médicas, especialmente residencias de ancianos, utilizadas para espesar líquidos y alimentos para pacientes con disfagia
• Industria retardante de fuego – como espesante en Phos-Chek
• Industria de nanopartículas – para producir nanopartículas de plata o oro, o desarrollar mecanismos innovadores para la entrega de medicamentos en la industria farmacéutica.
• Slime (toy), basado en goma de guar enlazado con tetraborate de sodio.

Aplicaciones alimentarias

El mayor mercado de la goma guar se encuentra en la industria alimentaria. En los EE. UU., se establecen diferentes porcentajes para su concentración permitida en diversas aplicaciones alimentarias. En Europa, la goma guar tiene el código de aditivo alimentario de la UE E412. La goma xantana y la goma guar son las gomas más utilizadas en recetas y productos sin gluten.

Las aplicaciones incluyen:

• En los productos horneados, aumenta el rendimiento de masa, da mayor resiliencia, y mejora la textura y la vida útil de la estantería; en los rellenos de pasta, previene el "weeping" (syneresis) del agua en el relleno, manteniendo la corteza de la pasta crujiente. Se utiliza principalmente en recetas hipoalergénicas que utilizan diferentes tipos de harinas enteras. Debido a que la consistencia de estas harinas permite el escape de gas liberado por el sol, se necesita goma de guar para mejorar el grosor de estas harinas, permitiéndoles elevarse como una harina normal.
• En productos lácteos, espesa leche, yogur, kefir y productos de queso líquido, y ayuda a mantener la homogeneidad y la textura de los helados y los sherbets. Se utiliza para fines similares en leches vegetales.
• Para la carne, funciona como una carpeta.
• En condimentos, mejora la estabilidad y apariencia de los aderezos de ensalada, salsas de barbacoa, sabores, ketchups y otros.
• En la sopa enlatada, se utiliza como un espesante y estabilizador.
• También se utiliza en sopas secas, avena instantánea, postres dulces, pescado enlatado en salsa, alimentos congelados y pienso animal.
• La FDA ha prohibido la goma de guar como píldora de pérdida de peso debido a informes de la inflamación de la sustancia y obstruyendo los intestinos y el esófago.
• Para Cattle Feed, como mejora en la producción de más leche, así como más porcentaje de grasa en la leche.

Efectos nutricionales y medicinales

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 una función de su alto contenido de fibra soluble.

Además, su baja digestibilidad permite su uso en recetas como relleno, lo que puede ayudar a proporcionar saciedad o retrasar la digestión de una comida, reduciendo así el índice glucémico de esa comida. A fines de la década de 1980, la goma guar se usó y se promocionó mucho en varios medicamentos para bajar de peso. La Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. finalmente los retiró debido a los informes de bloqueo esofágico por la ingesta insuficiente de líquidos, después de que una sola marca causó la hospitalización de al menos 10 usuarios y la muerte. Por esta razón, la goma guar ya no está aprobada para su uso en medicamentos para bajar de peso de venta libre en los Estados Unidos, aunque esta restricción no se aplica a los suplementos. Además, un metanálisis encontró que los suplementos de goma guar no fueron efectivos para reducir el peso corporal.

Los compuestos a base de guar, como el hidroxipropil guar, se encuentran en lágrimas artificiales para tratar el ojo seco.

Alergias

Algunos estudios han encontrado una sensibilidad alérgica a la goma guar desarrollada en algunas personas que trabajan en un entorno industrial donde había concentraciones de la sustancia en el aire. En aquellos afectados por la inhalación de partículas en el aire, las reacciones adversas comunes fueron rinitis ocupacional y asma.

Contaminación por dioxinas

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 un aditivo alimentario, la goma guar, utilizado como espesante en pequeñas cantidades en productos cárnicos, lácteos, postres o delicatessen. La fuente se rastreó hasta la goma guar de la India que estaba contaminada con pentaclorofenol, un pesticida que ya no se usa. El PCP contiene dioxinas como contaminación. Las dioxinas dañan el sistema inmunológico humano.