South Africa is facing numerous challenges that pertain to increasing water deficit and pollution of water resources. Only 40 out of 821 wastewater treatment works in South Africa achieved Green Drop certifications in the 2010 Green Drop assessments (DWA, 2011). This is not only threatening net water availability but also human health. South African water sources are comprised of 77 % surface water, 14 % return flows and 9 % groundwater (van Vuuren, 2009). This study was therefore intended to explore the quality, quantity and treatability of corn wet milling effluent resulting from Tongaat Hulett Starch Pty Ltd (THS) operations. THS is a major producer of corn derived starch and glucose in Africa. Amongst its three corn wet milling plants in Gauteng (Kliprivier, Germiston and Meyerton) and one in Western Cape (Bellville), 600000 tonnes of maize were processed in the 2011/2012 financial year. The objective of the study was to establish the wastewater footprint of the corn wet milling process. To achieve this, qualitative and quantitative characterisation studies were completed on effluents generated from the Germiston and Meyerton corn wet milling plants, respectively. This characterisation study was focused on volumetric and organic load analyses of the various sections of the corn wet milling process. A full scale anaerobic digestion treatability study of the Meyerton plant effluent was also conducted. The study results indicated that the combined effluent discharged to the Municipal sewer averaged between 2.9 and 3.1 m3/tonne of corn processed. The effluent generated resulted in an average chemical oxygen demand (COD) concentrations of between 6211 and 7790 mg/L, with suspended solid concentrations of between 635 and 899 mg/L. From the full scale anaerobic treatability study, a minimum of 87 % COD removal at organic volumetric loading rates (OLR) of between 0.3 and 3.9 kg COD/m3.d was achieved. It was concluded that corn wet milling effluent can be categorised as high strength in terms of COD concentrations. This type of effluent proved to be amenable to anaerobic digestion treatment. Anaerobic pretreatment of corn wet milling effluent can proportionately reduce pollution loading into the receiving municipal conventional wastewater treatment systems. / Thesis (M.Sc.Eng.)-University of KwaZulu-Natal, Durban, 2013.

Amidos nativos apresentam algumas desvantagens tecnológicas que impulsionam pesquisas voltadas à modificação, visando melhorar as propriedades físico-químicas e promover propriedades funcionais específicas. Modificações como dextrinização e esterificação estão entre as mais utilizadas, porém, apesar dos avanços recentes na área de amidos modificados, ainda há pouca informação sobre as propriedades de dextrinas esterificadas. Assim, o presente estudo teve como objetivos principais a obtenção e caracterização de dextrinas esterificadas com ácido málico a partir dos amidos de mandioca e milho. A modificação dos amidos foi realizada com ácido málico (2,5; 5,0; 7,5 % m/m) durante o processamento térmico (150 °C/ 4 horas) com baixa umidade (≤ 3 %). Para avaliar o efeito de um catalisador ácido, foram realizados ensaios com a adição de HCl (0,05 % m/m), sob as mesmas condições. A termoconversão do amido na presença de ácido málico produz dextrinas esterificadas com baixo grau de substituição (GS) e características aniônicas, além de alta claridade de pasta, solubilidade a frio e baixa viscosidade em elevados teores de sólidos (RVA). A degradação macromolecular reduz o teor de amilose dos amidos após a modificação, assim como a viscosidade intrínseca. Porém, as dextrinas com maior GS apresentaram maior viscosidade intrínseca em solvente DMSO, o que sugere a ocorrência de ligações cruzadas nas dextrinas com maior concentração de ácido málico. Os resultados de dextrose equivalente (DE) também foram dependentes da concentração de ácido málico e os valores variaram de 6,89 a 11,33% nas dextrinas de mandioca e de 8,56 a 12,38 % nas dextrinas de milho. A variação de cor identificou maior tendência a tonalidades amareladas, característica típica de dextrinas termoconvertidas. Na análise de DRX, foi observado que a modificação alterou o padrão de difração das amostras de amido de mandioca e diminuiu a cristalinidade relativa (CR) dos grânulos dos amidos de ambas as fontes botânicas estudadas. A morfologia dos grânulos, analisada por MEV, também foi alterada em ambas as fontes de amido estudadas, assim como suas propriedades térmicas, de maneira que não foi observada transição de fase referente à gelatinização em análise de DSC. / Native starches have some technological disadvantages which stimulate researches for modification, aimed improve physicochemical properties and promote specific functional properties. Modifications as dextrinization and esterification are widely used, however, despite recent advances about modified starches, there is still little information about the properties of esterified dextrins. The aim of this study was to prepare and characterize esterified dextrins from cassava and maize starches using malic acid. The modification of starches was performed by heating a dried mixture (≤ 3%) of starch and malic acid (2.5; 5.0; 7.5 % w/w). To evaluate the effect of an acid catalyst, tests were prepared with addition of HCl (0.05% w/w) under the same conditions. The starch pyrodextrinization in presence of malic acid produces esterified dextrins with low degree of substitution (DS) and anionic properties, as well as high clarity of paste, cold solubility and low viscosity at high solids contents. The macromolecular degradation decreases the amylose content values after modification, as well as the intrinsic viscosity values. However, the dextrins with high GS showed higher intrinsic viscosity in DMSO, which suggests the occurrence of crosslinking in the dextrins with a higher concentration of malic acid. The results of dextrose equivalent (DE) were dependent of malic acid concentration and values ranged from 6.69 to 11.33% in dextrins from cassava starch, and 8.56 to 12.38% in dextrins from maize starch. Color variations indicated its direct dependence on pyrodextrinization conditions and showed trends to yellow tones, typical feature of pyrodextrin. In X-ray diffraction, was observed that modification changed x-ray pattern in dextrins from cassava starch and decreases the relative crystallinity (RC) of the granules from cassava and maize starches, and its granular morphology (SEM) and thermal properties were affected, it was not observed phase transition related to the gelatinization in DSC analysis.

Amidos nativos apresentam algumas desvantagens tecnológicas que impulsionam pesquisas voltadas à modificação, visando melhorar as propriedades físico-químicas e promover propriedades funcionais específicas. Modificações como dextrinização e esterificação estão entre as mais utilizadas, porém, apesar dos avanços recentes na área de amidos modificados, ainda há pouca informação sobre as propriedades de dextrinas esterificadas. Assim, o presente estudo teve como objetivos principais a obtenção e caracterização de dextrinas esterificadas com ácido málico a partir dos amidos de mandioca e milho. A modificação dos amidos foi realizada com ácido málico (2,5; 5,0; 7,5 % m/m) durante o processamento térmico (150 °C/ 4 horas) com baixa umidade (≤ 3 %). Para avaliar o efeito de um catalisador ácido, foram realizados ensaios com a adição de HCl (0,05 % m/m), sob as mesmas condições. A termoconversão do amido na presença de ácido málico produz dextrinas esterificadas com baixo grau de substituição (GS) e características aniônicas, além de alta claridade de pasta, solubilidade a frio e baixa viscosidade em elevados teores de sólidos (RVA). A degradação macromolecular reduz o teor de amilose dos amidos após a modificação, assim como a viscosidade intrínseca. Porém, as dextrinas com maior GS apresentaram maior viscosidade intrínseca em solvente DMSO, o que sugere a ocorrência de ligações cruzadas nas dextrinas com maior concentração de ácido málico. Os resultados de dextrose equivalente (DE) também foram dependentes da concentração de ácido málico e os valores variaram de 6,89 a 11,33% nas dextrinas de mandioca e de 8,56 a 12,38 % nas dextrinas de milho. A variação de cor identificou maior tendência a tonalidades amareladas, característica típica de dextrinas termoconvertidas. Na análise de DRX, foi observado que a modificação alterou o padrão de difração das amostras de amido de mandioca e diminuiu a cristalinidade relativa (CR) dos grânulos dos amidos de ambas as fontes botânicas estudadas. A morfologia dos grânulos, analisada por MEV, também foi alterada em ambas as fontes de amido estudadas, assim como suas propriedades térmicas, de maneira que não foi observada transição de fase referente à gelatinização em análise de DSC. / Native starches have some technological disadvantages which stimulate researches for modification, aimed improve physicochemical properties and promote specific functional properties. Modifications as dextrinization and esterification are widely used, however, despite recent advances about modified starches, there is still little information about the properties of esterified dextrins. The aim of this study was to prepare and characterize esterified dextrins from cassava and maize starches using malic acid. The modification of starches was performed by heating a dried mixture (≤ 3%) of starch and malic acid (2.5; 5.0; 7.5 % w/w). To evaluate the effect of an acid catalyst, tests were prepared with addition of HCl (0.05% w/w) under the same conditions. The starch pyrodextrinization in presence of malic acid produces esterified dextrins with low degree of substitution (DS) and anionic properties, as well as high clarity of paste, cold solubility and low viscosity at high solids contents. The macromolecular degradation decreases the amylose content values after modification, as well as the intrinsic viscosity values. However, the dextrins with high GS showed higher intrinsic viscosity in DMSO, which suggests the occurrence of crosslinking in the dextrins with a higher concentration of malic acid. The results of dextrose equivalent (DE) were dependent of malic acid concentration and values ranged from 6.69 to 11.33% in dextrins from cassava starch, and 8.56 to 12.38% in dextrins from maize starch. Color variations indicated its direct dependence on pyrodextrinization conditions and showed trends to yellow tones, typical feature of pyrodextrin. In X-ray diffraction, was observed that modification changed x-ray pattern in dextrins from cassava starch and decreases the relative crystallinity (RC) of the granules from cassava and maize starches, and its granular morphology (SEM) and thermal properties were affected, it was not observed phase transition related to the gelatinization in DSC analysis.