Tesis (Doctor en Ciencias Agroalimentarias) -- Departamento de Ingeniería Agroindustrial, 2022 Doctorado

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La κ-carragenina1es un galactano sulfatado, extraído a partir de diferentes especies de algas marinas rojas, principalmente de Kappaphycus alvarezii y es conocida por formar geles con diferente firmeza y resistencia a la temperatura dependiendo de la presencia de iones específicos. El objetivo del estudio fue explorar la gelificación y fusión del sistema κ carragenina–Ca2+ utilizando reometría de cizalla oscilatoria de baja amplitud y química computacional para representar el diagrama de transición sol–gel y explicar la manera en la que interactúan las moléculas de polímero con los iones Ca2+. Se demostró la aplicabilidad e idoneidad del método de la tan de δ para determinar las temperaturas de gelificación (Tg) y fusión (Tm) precisas del sistema κ-carragenina–Ca2+. Se utilizó una concentración fija de polímero (1% p/p) y fuerza iónica en el intervalo de 0 a 100 mM. El comienzo de la gelificación en el enfriamiento y la pérdida de estructura del gel en el calentamiento se desplazaron a temperaturas progresivamente más altas tras la adición gradual de CaCl2, con histéresis térmica. Se graficó la concentración iónica total (CT) versus el inverso de las temperaturas Tg y Tm en un diagrama de transición que define al menos dos transiciones conformacionales para κ-carragenina sola y en presencia de iones Ca2+. Las pendientes de regresión para las curvas de enfriamiento y calentamiento del diagrama de transición resultaron ser diferentes entre sí, indicando un posible punto crítico para valores de CT por debajo de 10 mmol/dm3. El modelado por computadora a nivel teoría del funcional de la densidad (TFD) reveló que la κ carragenina puede presentar puentes de hidrógeno intra e intermoleculares y coordinación con iones Ca2+.

κ-carrageenan2 is a sulfated galactan extracted from different species of red seaweeds, mainly of Kappaphycus alvarezii and it is well known for forming gels with different firmness and temperature resistance depending on the presence of specific ions. The aim of the study was to explore gelling and melting of the κ-carrageenan Ca2+ system by using of low-amplitude oscillatory rheometry and computational chemistry to represent the sol–gel transition diagram and explain how the polymer chains and Ca2+ ions interact. The applicability and suitability of the tan δ method to determine the accurate gelling (Tg) and melting (Tm) temperatures of the κ carrageenan–Ca2+ system was demonstrated. A fixed concentration of polymer (1% w/w) and ionic strength in the range 0 to 100 mM was used. The onset of gelation on cooling and loss of gel structure on heating moved to progressively higher temperatures on progressive addition of CaCl2, with thermal hysteresis. The ionic total concentration (CT) was plotted against the inverse of Tg and Tm in a transition diagram that exhibit, at least, two conformational transitions for κ-carrageenan single and in the presence of calcium ions. The regression slopes for cooling and heating curves of the transition diagram were different from each other, suggesting a possible critical point for CT values below 10 mmol/dm3. The computer modelling at the density functional theory (DFT) level revealed that κ-carrageenan can exhibit intra- and intermolecular hydrogen bonding and coordination with Ca2+ ions.