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Elaboración de pegamento a partir de las semillas de la Yaca

Resumen La Yaca es un frutal cultivado en Asia el cual procede de la familia Moraceae, crece naturalmente

en los bosques húmedos tropicales y subtropicales de la India. El fruto de la yaca es de gran

tamaño que tiene cualidades bastante peculiares. La Fruta tiene una estructura única, en el

exterior de la fruta se presenta un color verde o amarillo cuando está maduro y está compuesto de

numerosos puntos duros, unidos a una pared gruesa de color amarillo pálido o incluso

blanquecino. No todo el fruto es apto para aprovecharse en el ámbito alimenticio, sin embargo

puede ser usado para otros rubros. En este proyecto se propuso la elaboración de un engrudo

usando las semillas provenientes de la fruta de la yaca, aprovechando las cualidades adhesivas

que tiene el almidón presente en éstas. Para lograr la elaboración del engrudo, las semillas se

limpiaron y molieron para producir harina, la cual posteriormente se disolvió en agua hirviendo, se

dejó calentar hasta evaporar una tercera parte de su volumen y para que adquiriera la viscosidad

deseada. Se logró producir un engrudo semejante al hecho por otros medios como el maíz, la

tapioca o el trigo. Observando que la consistencia del engrudo era demasiado líquida, se decidió

ponerlo a hervir más tiempo para que se evaporara más agua y tuviera una mejor consistencia.

Finalmente se obtuvo un engrudo más viscoso. Este engrudo es capaz de ser utilizado

artesanalmente para pegar papel o cartón e incluso para un sencillo uso casero. Se lograron

pegar dos pedazos de papel, y aunque al inicio se mojaron mucho, después de que se secaron,

se trataron de separar y se observó que estaban pegados. Lo que se tiene que considerar al

elaborar un pegamento tipo engrudo es su adherencia y cohesividad para lograr pegar el material

deseado, ésto se da por las interacciones moleculares entre los objetos que se desea pegar, que

pueden ser por puentes de hidrógeno y/o por fuerzas de Van Der Waals. Se puede concluir que

las semillas de la yaca, ricas en almidón, pueden servir para elaborar engrudo casero para pegar

papel o cartón, con lo cual se logra reducir el desecho de la parte no comestible del fruto y se

logra un mejor aprovechamiento, ya que la fruta es un poco cara. Como propuesta para obtener

un mejor producto se pueden moler las semillas en un molino para que la harina sea más

homogénea y se puede dejar evaporar por más tiempo para tener la consistencia deseada.

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1. Introducción

El fruto de la yaca (Artocarpus heterophyllus Lam.) es un fruto con una gran cantidad de

propiedades pues posee muchos nutrientes y compuestos. Al ser un fruto que llega a ser muy

grande (puede pesar desde 4.5 Kg hasta 20 kg) mucho de éste no es comestible, lo cual provoca

que una buena parte de la fruta sea desperdiciada. Todas sus partes contienen abundante látex

blanco y pegajoso. Las semillas almidonosas miden de 2 a 4 cm de largo y de 1,25 a 2 cm de

ancho, de color blanco y sin ondulaciones, puede haber en un sólo fruto aproximadamente de 30 a

100 semillas.

Queriendo aprovechar las partes no comestibles en productos útiles, se tuvo la idea de crear un

adhesivo como engrudo a partir del almidón contenido en las semillas del fruto.

A partir de las semillas se produjo una harina y con ésta se elaboró un engrudo casero.

1.1 Marco teórico

1.1.1.- Propiedades de la Yaca

La Yaca es un frutal cultivado en Asia el cual procede de la familia Moraceae, que puede crecer

desde 9 hasta 21 m de altura. Crece naturalmente en los bosques húmedos tropicales y

subtropicales de la India, por encima de los 1300 m de altura; aunque la calidad de los frutos,

especialmente maduros, es superior en elevaciones hasta de los 200 m.s.n.m. El más grande de

todos los árboles producen frutos que pueden alcanzar de 20 a 90 cm de largo y pesan

aproximadamente entre 4.5 y 20 Kg o tanto como 50 Kg. La Fruta tiene una estructura única, en el

exterior de la fruta se presenta un color verde o amarillo cuando está maduro y está compuesto de

numerosos puntos duros, unidos a una pared gruesa de color amarillo pálido o incluso

blanquecino. El interior de la fruta contiene grandes "bulbos" de color amarillo que es la parte

comestible del fruto con un sabor muy peculiar, hay personas que identifican varios sabores en

ella, como mango, plátano, papaya, piña entre los que más podemos destacar (b). En el centro de

la fruta se encuentra una gran cantidad de células laticíferas (a), esta parte no es comestible, y

dentro de los bulbos están las semillas, que usualmente no se comen (c).

Partes de la yaca (Piña-Dumoulin et al 2010)

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1.1.2. Composición nutrimental de la Yaca

En su mayoría la fruta está compuesta por agua 70 a 95%, pero lo más importante es que su

aporte nutricional proporciona una vasta cantidad de vitaminas, minerales, enzimas y

carbohidratos. (Brennan, 1998)

En la tabla 2 se muestra el contenido nutricional de la fruta y semillas de la Yaca.

Tabla 2.- Composición nutrimental de la Yaca

Contenido nutricional en una porción de 100 gramos

Composición Unidad Fruta inmadura Fruta madura Semilla

Agua (g) 76.2-8.2 72.0-94.0 51.0-64.5

Proteína (g) 2.0-2.6 1.2-1.9 6.6-7.04

Grasas (g) 0.1-0.6 0.1-0.4 0.40-0.43

Carbohidratos

(g) 9.4-11.5 16.0-25.4 25.8-38.4

Fibra (g) 2.6-3.6 1.0-1.5 1.0-1.5

Azúcar total (g) sin dato 20.6 sin dato

Minerales totales

(g) 0.9 0.87-0.9 0.9-1.2

Calcio (mg) 30.0-73.2 20.0-37.0 50.0

Magnesio (mg) sin dato 27.0 54.0

Fosforo (mg) 20.0-57.2 38.0-41.0 38.0-97.0

Potasio (mg) 287-323 191-407 246

Sodio (mg) 3.0-35.0 2.0-41.0 63.2

Hierro (mg) 0.4-1.9 0.5-1.1 1.5

Vitamina A (IU) 30 175-540 sin dato

Vitamina C (mg) 12.0-14.0 7.0-10.0 11.0

Tiamina (mg) 0.05-0.15 0.03-0.09 0.25

Riboflavina (mg) 0.05-0.2 0.05-0.4 0.11-0.3

Energía (Kj) 50-210 88-410 133-139

(Crane et al., 2000)

Observando la tabla 2 se puede notar que la Yaca es un fruto con una buena aportación de

energía, con un buen contenido vitamínico y de minerales, además el contenido nutricional varía

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entre el fruto maduro y el inmaduro, pero aún así es un fruto muy rico en nutrientes, cabe destacar

la cantidad de carbohidratos y la cantidad de proteína es baja, pero aporta proteína aún siendo un

fruto. Se puede observar también que la semilla es muy rica en nutrientes, además de

carbohidratos, fibra, vitaminas y minerales, contiene proteína, por lo cual podría ser aprovechada

como suplemento alimenticio y como pegamento.

Lo que parece también sumamente interesante es que no sólo se usa como alimento sino que

otras partes de la Yaca pueden ser utilizadas, como las raíces y su extracto, son utilizados en

tratamiento de enfermedades de la piel, asma y problemas estomacales; las hojas en tratamientos

de asma, desparasitación estomacal, tratamientos para la resequedad en grietas de pies; las

flores para detener hemorragias; la fruta madura se usa como laxante y las semillas en

tratamientos de páncreas además que alivia deficiencias de vitamina A y tostadas son utilizadas

como afrodisíaco, aunque todavía no está probado científicamente. (Haq, N. 2006). También el

látex laticífero y las semillas pueden ser utilizados para elaborar pegamentos.

a) Semillas de Yaca

Las semillas de la Yaca contienen grandes cantidades de almidón el cual es un hidrato de carbono

complejo cuya fórmula química es (C6H10O5)n, sus moléculas están formadas por miles de

átomos, los cuales corresponden al valor de n. Los almidones son carbohidratos formados por una

cadena de polímeros de glucosa. Es insípida e inodora y es muy común encontrarla en tubérculos

y cereales como son la papa, el maíz, el trigo, la mandioca, la yuca y en las semillas de la yaca.

Los almidones se componen de dos polímeros, la amilosa y la amilopectina. La amilosa es el eje

molecular del almidón, el cual influye en su capacidad de anclaje. La mayoría de los almidones

poseen alrededor del 25% de amilosa, la amilosa es una cadena lineal de glucosas.

Por otro lado, la amilopectina forma también parte del almidón pero tiene cadenas de glucosas

ramificadas, además es la unión al eje molecular, influyendo en el anclaje del adhesivo.

Molécula del almidón

En un estudio realizado por Tulyathan et al (2001) se hizo una comparación entre las propiedades

de pegado que poseen el almidón obtenido de la yaca, del maíz y de la tapioca. Esta comparación

se muestra el la siguiente tabla1:

1 La tabla se encuentra traducida al español

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Tabla 1. Propiedades de pegado del almidón de diferentes semillas

Propiedades de pegado % Bases secas

Almidón de yaca 8% Tapioca 8% Maíz 8%

Temperatura de pegado (°C) 81 61 73

Viscosidad máxima (UB) (a) (P) 798 1590 750

Viscocidad final @ 95 °C 20 min (UB) (F)

680 400 700

Enfriado a 50°C (UB) (C) 820 690 1350

Descomposición (P/F) 1.17 3.98 1.07

Retrogradación (C/F) 1.21 1.73 1.93

(a) (UB) = Unidad Brabender

En la siguiente tabla se pueden observar las propiedades que contiene la semilla:

Contenido nutricional en una porción de 100 gramos

Composición de la semilla Cantidad (g)

Agua 51.0-64.5

Proteína 6.6-7.04

Grasas 0.40-0.43

Carbohidratos 25.8-38.4

Fibra 1.0-1.5

Azúcar total sin datos

Minerales totales 0.9-1.2

Calcio 50.0

Magnesio 54.0

Fósforo 38.0-97.0

Potasio 246

Sodio 63.2

Hierro 1.5

7

Vitamina C 11.0

Tiamina 0.25

Riboflavina 0.11-0.3

Energía 133-139

Adaptada de Arkoyd et al, 1996; Narasimham, 1990; Soepadmo, 1992

b) Látex natural

En el centro no comestible de la fruta se encuentra una gran cantidad de células laticíferas, por lo

que se podría considerar a la yaca como una fuente de látex natural. A partir de esta propiedad

también se puede producir un adhesivo en forma de pegamento blanco, lo que nos demuestra que

la yaca es una fruta con un gran potencial para la industria del pegamento.

1.1.2.- Concepto de adhesivo

“Un adhesivo se puede definir como una sustancia capaz de sujetar dos cuerpos mediante la

unión de sus superficies. La junta de unión formada, parecida a un film o película, puede ser

resistente a la tracción mecánica y a la agresión química y ser estable frente a la acción

atmosférica, temperatura y tiempos de uso.” (Arriandiaga, V.,)

Otra definición de adhesivo sugerida por Cajamarca, J. et al (2015) podría ser: “Material no-

metálico el cual es capaz de unir 2 sustratos mediante los mecanismos de adhesión [...] y los

mecanismos de cohesión [...]. Tal y como expone la definición anterior, un adhesivo es un material

no metálico, generalmente se refiere a los adhesivos como materiales compuestos por polímeros

orgánicos que se encuentran en un estado líquido cuando se aplican y se transforman en un

estado sólido tras su posterior curado o endurecimiento”. (Cajamarca, J. et al., 2015).

Los adhesivos sintéticos se suelen clasificar de acuerdo con el tipo de resinas base que lleva en

su composición, ya que ésta le confiere muchas de sus propiedades. Sin embargo, en la práctica

es difícil la asignación de propiedades a una determinada sustancia, y se prefieren otras maneras

de clasificación. La más sencilla y tradicional es la que se refiere al tipo de superficie al que van

destinados; existen adhesivos sintéticos para superficies metálicas, para madera, cartón y papel,

para plásticos, para cerámica, para piel y cuero, etc.

Habiendo tantos tipos de adhesivos sólo nos enfocaremos a los dos tipos que nos concierne para

este trabajo: el pegamento blanco y el engrudo.

a) Proceso de adherencia

“La adherencia se basa en dos tipos de fuerzas, las de Van Der Waals y las uniones químicas por

enlaces. Las fuerzas de Van Der Waals son la base de la adherencia, estas se refieren a las

fuerzas de atracción o repulsión entre moléculas y que son diferentes a las formadas por enlaces

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intermoleculares”. (Plastiglas de México).

Los enlaces químicos producen el tipo de adherencia más resistente. Estas fuerzas se desarrollan

cuando el sustrato tiene grupos químicos que reaccionan con el adhesivo. Estas fuerzas de

atracción actúan entre el adhesivo y el sustrato. Se le denomina sustrato a los materiales que se

pretenden unir por mediación del adhesivo.

Además existen otras tres propiedades clave que contribuyen a la efectividad del pegado:

● Cohesión

● Capacidad de mojado

● Viscosidad

b) Cohesión

La cohesión es un conjunto de fuerzas producidas por la interacción química y física, pero a

diferencia de la adherencia, ésta es a nivel molecular en el interior del adhesivo. Aquí forman parte

los enlaces por puente de hidrógeno y las fuerzas de Van Der Waals.

c) Capacidad de mojado

Es la cualidad de un líquido de formar superficies de contacto con los sólidos. Para determinar si

un líquido moja o no una superficie, se toma en cuenta el ángulo de contacto entre el líquido y el

sólido. Un ángulo de contacto menor a 90 es considerado pequeño y representa una muy alta

mojabilidad y el líquido se extenderá por toda la superficie. En cambio, un ángulo de contacto

mayor a 90 representa una muy baja mojabilidad disminuyendo el contacto con la superficie del

sólido y formando una gota compactada.

d) Viscosidad

Es la resistencia al flujo que tienen los líquidos. Tanto el aire como el agua a pesar de fluir con

facilidad, presentan cierto grado de dificultad al flujo. Cuando las moléculas de un fluido se

desplazan, se presentan fuerzas internas que tienden a contrarrestar la fuerza que se aplica en el

fluido para ponerlo en movimiento.

Una forma de definir es la siguiente: “La viscosidad es la medida de la resistencia interna de un

fluido a desplazarse o moverse.” (Vite, L. 2015)

e) Pegamento blanco

Los pegamentos a base de resinas comúnmente se denominan pegamentos blancos. Éstos son

de fácil acceso para toda la población debido a sus múltiples usos así como a sus principales

características y, sobre todo, a su gran distribución. Este tipo de pegamentos pueden ser bastante

resistentes a la humedad y a la temperatura, se adhieren a una gran variedad de materiales

aunque su eficacia puede variar y duran mucho tiempo.

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f) Engrudo

“El engrudo es una solución o pasta viscosa obtenida cuando una suspensión de almidón en agua

es calentada a una temperatura a la cual sus gránulos absorben agua y se hinchan aumentando

varias veces su tamaño original, el aumento de tamaño de las partículas está directamente

asociado a la viscosidad resultante de la solución o pasta”. (Chanchí, J., et al.). El activo principal

de los engrudos es el almidón. Lo que sucede cuando se forma un engrudo es que, debido a que

el almidón es una cadena de azúcares, cuando el agua lo calienta las cadenas de amilosa que

tiene se rompen.

1.2 Objetivos

● Aprovechar las partes no comestibles del fruto de la yaca para disminuir los desechos

causados por el desperdicio de éste.

● Producir un engrudo casero alternativo a partir de las semillas del fruto.

1.3 Problema

La fruta de la Yaca al ser de gran tamaño sólo tiene una parte comestible y la otra produce un

gran desperdicio, ya que la mayoría de sus componentes están formados por látex, semillas y

zonas no comestibles. Proponemos aprovechar las propiedades de las partes no comestibles para

la elaboración de adhesivos a través de un método meramente casero. Enfocado de tal forma que

pudiera llegar a ser adoptado para uso artesanal.

1.4 Hipótesis

Si las semillas de la yaca contienen almidón, podrían ser usadas en la elaboración de engrudo

artesanal.

2. Desarrollo

2.1 Materiales utilizados22 Semillas de yaca Horno Hidróxido de sodio al 5% Probeta de 30 mL Agua Vaso de precipitado de 100mL

Cuchillo Vaso de precipitado de 250mL Mortero Agitador Recipiente de vidrio Parrilla eléctrica

2.2 Procedimiento

En un laboratorio de química las semillas se limpiaron y se pelaron quitando la cáscara superior,

para hacer este proceso más simple las semillas fueron partidas a la mitad. La mayoría de la

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cáscara fina no pudo ser retirada manualmente, por lo que sumergieron las semillas en una

solución de 250 mL hidróxido de sodio al 5% por 5 minutos. Al sacarlas se retiró casi toda la

cáscara restante con mayor facilidad. Las semillas se cortaron en trozos finos y se metieron a un

horno a 65°C por 1 hora. Para terminar de secarlas se dejaron al sol al día siguiente por 2 horas.

Ya secas las semillas se molieron finamente hasta que se hicieron polvo, y posteriormente este

polvo fue colado para dejar la harina más fina y quitar los residuos más gruesos. Después se

disolvieron 15 gramos de la harina en 75 mL de agua. Esto fue vaciado cuidadosamente en un

vaso de precipitado de 250 mL con 120 mL de agua hirviendo. Se agitó la mezcla lentamente

durante una hora.

3. Resultados

3.1 Engrudo

El engrudo resultante tuvo una consistencia bastante grumosa y líquida para como usualmente

son los engrudos. Debido a la evaporación del agua y un poco de pérdida de muestra quedaron

150 mL de engrudo cuando ya se había enfriado. Observando que la consistencia del engrudo era

demasiado líquida, se decidió ponerlo a hervir para que se evaporara más agua y tuviera mejor

consistencia, se siguió calentando por una hora y en un vaso de precipitado se hirvió el engrudo.

Se obtuvo un engrudo más viscoso.

Semillas sumergidas en 250 mL

de agua con 5% de NaOH

Resultado final del engrudo (110 mL)

Se realizó una prueba de pegado usando dos papeles, se les untó el engrudo elaborado, se dejó

secar, y se observó si habían pegado. Cuando se untaron los dos papeles con el engrudo

elaborado, inmediatamente se pudo observar el exceso de agua que tenía éste, pues los papeles

rápidamente la absorbieron mojando la zona en la cual se puso. Los grumos que tenía podían

verse a través del papel mojado ya que éste marcaba su volumen. Luego de esperar unos minutos

a que se secaran los papeles, se trataron de separar y el resultado fue que la parte en donde más

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estaba mojado prácticamente no se pegó, sin embargo hubo una sección en donde no se

apreciaba que estuviera mojada y fue exactamente ahí donde se necesitó aplicar algo de fuerza

para poder separar ambos papeles.

Dos papeles pegados con engrudo elaborado

Dos papeles que se trataron de separar

3.2 Cálculo del costo-beneficio

Costo Yaca de 9 Kg ($ 30 por Kg) $ 270

Cantidad de semillas aproximada 100 semillas

Peso de 100 semillas 1 Kg

Peso de semillas sin piel 800 g

Costo de la harina obtenida de una yaca de 9 Kg $ 24

Considerando que son deshechos de la fruta y no son aprovechados, se puede decir que el costo

es muy bajo, sólo que para obtener cantidad suficiente para hacer una producción grande, debería

de haber una industria alimentaria que procese la Yaca y nos pueda vender las semillas para que

sea viable.

4. Análisis de resultados

Se pudieron observar y comprobar tanto las propiedades almidonosas de las semillas de yaca

como sus capacidades adhesivas a partir del engrudo producido.

El almidón puede ayudar a pegar materiales ya que son gránulos de amilosa (cadenas lineales de

glucosas) y amilopectina (cadenas ramificadas de glucosas), cuando el gránulo de almidón se

calienta, éste se rompe y hace que la amilosa y amilopectina interaccionen con el agua, eso

explica la viscosidad que forman, además las glucosas tienen grupos -OH que son polares y

pueden formar puentes de hidrógeno con otros materiales que sean polares y que tengan

hidrógenos. El engrudo formado permiten la unión entre dos objetos porque rellena los huecos

que existen entre ambas superficies, incluso cuando son muy lisas y el fenómeno de adhesión es

posible gracias a las interacciones intermoleculares que se dan entre los dos objetos como

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puentes de hidrógeno entre el material y las glucosas del almidón, y fuerzas de Van Der Waals

entre los dos materiales.

El engrudo elaborado era poco viscoso, pero aún así funcionó para pegar dos objetos, en este

ejemplo, dos hojas de papel, aunque al principio de mojó un poco el papel, cuando se secó ya

estaba pegado.

Para mejorar el proceso de elaboración del engrudo proponemos molerlo con un molino y no con

un motero, ya que con el molino podemos tener partículas más pequeñas y uniformes. Así el

engrudo podría ser menos grumoso que el que se obtuvo. También se pueden hacer varias

pruebas para mejorar las proporciones de harina y agua utilizada para obtener un engrudo con

mejor viscosidad.

La otra propuesta con la que se continuará este proyecto es hacer adhesivo tipo resistol con el

látex del centro laticífero del fruto y así aprovechar mejor las partes no comestibles.

El costo por kilogramo del fruto de la yaca varía dependiendo del lugar, en la Ciudad de México

generalmente es de $30. En un solo fruto pequeño de 9 kilos tiene alrededor de 100 semillas que

fue aproximadamente la cantidad usada. Normalmente son aún más grandes por lo que la

cantidad de semillas puede aumentar hasta a 200 semillas. El proyecto se enfoca en poder

aprovechar los desperdicios de la fruta para cuando ésta se compre con el objetivo de ser

consumida, por lo que el costo-beneficio de nuestro producto aumenta potencialmente debido a

esto. Al haber sido posible elaborar 110 mL con sólo 22 semillas, si se consigue una yaca más

grande, las cuales son muy comunes, sería posible elaborar hasta medio litro de engrudo con un

solo fruto.

5. Conclusiones

Se obtuvo un pegamento tipo engrudo aprovechando el rico contenido de almidón que tienen las

semillas de la Yaca. Dicho engrudo resultó un poco grumoso y con poca consistencia, pero si se

logró que cumpliera con su objetivo de ser un pegamento, por lo que si se mejoraran sus

características podría ser aprovechado. El engrudo puede pegar dos objetos debido a que los

gránulos de almidón se rompen en el proceso y deja en la solución la amilosa y la amilopectina

que pueden interactuar mejor con las superficies de los objetos logrando una adherencia debido a

los puentes de hidrógeno que se forman por tener grupos polares que contienen hidrógeno (-OH)

y también porque se forman fuerzas de Van Der Waals entre los objetos que se pegan.

El fruto del árbol de la Yaca es poco conocido en la República Mexicana a pesar de ser cultivado

en algunos estados como son Nayarit, Quintana Roo, Chiapas y Veracruz; aún así no se ha

logrado extender su uso tanto a nivel alimentario nutricional como en el uso industrial, como es el

caso del pegamento. Si se implementa el uso del fruto de este árbol en la elaboración de

adhesivos permitirá ampliar el rango de opciones para la elaboración de engrudos caseros, siendo

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no sólo el maíz, el trigo, la yuca o la tapioca los únicas fuentes de fácil y natural obtención del

almidón. Además la producción del engrudo se basa en las semillas que serían desperdiciadas lo

que le da a éste una relación costo-beneficio muy alta.

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