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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO QUÍMICO
TEMA:
“Obtención de Quitosano y Su Aplicación en Recubrimientos
Comestibles en Mezcla con Almidón”
AUTORES:
Alex Salomón Morey Rodríguez
Andrea Liliana Quinde Bravo
DIRECTOR DEL PROYECTO:
Ing. Quím. Manuel Romo Leroux
GUAYAQUIL – ECUADOR
Octubre 2012
AGRADECIMIENTO
A Dios, por haberme dado la fuerza, paciencia y salud para realizar este
proyecto.
A mis padres por ser el pilar fundamental de mi vida, por su apoyo
incondicional durante este paso por la vida universitaria y por brindarme sus
consejos y aliento cuando más lo necesite. A mi madre, Carmen, por ser esa
fuerza que me empujo a culminar este reto. A mi padre, Vicente, por que a
pesar de cualquier tormenta, su presencia siempre ha estado ahí.
A toda mi familia por el apoyo brindado, sobre todo a mis hermanos que
con su alegría y apoyo, hicieron más llevadero todas las dificultades que en el
camino se presentaron.
A todo el cuerpo docente de la Facultad de Ingeniería Química, en
especial al Ing. Manuel Romo Leroux, por su guía, apoyo y paciencia durante el
desarrollo de este trabajo de investigación.
Al personal de los laboratorios de petróleos y calidad de aguas, sobre
todo a Marlon y Marianela, por todas las facilidades brindadas para la
culminación de este proyecto.
A mi compañero de tesis Alex Morey, por haberme acompañado en la
ejecución de este proyecto.
Al Ing. Feliciano González Delgado, por el apoyo y la comprensión
brindada en el campo profesional y que permitieron realizar y culminar este
trabajo.
Andrea Quinde B.
AGRADECIMIENTO
A mi Dios quien cada día me esfuerza y me infunde aliento; a mi
familia y a todas las personas que colaboraron directa o
indirectamente en la realización de este trabajo, en especial: Ing.
M. Romo Leroux, y A. Quinde.
Alex Morey R.
DEDICATORIA
A Dios, la gran fuerza del Universo. A mis
Padres Carmen y Vicente. A mis hermanos, Geovanny,
Virginia y Efrain. A mis abuelos Santiago, Julia y
Ma. De Los Angeles. Y a las tres joyas que iluminan nuestro hogar:
Cristhel, Aileen y Jean Carlitos.
Andrea Quinde
DEDICATORIA
A mi Padre Celestial
Dios creador del Universo.
Alex y Alejandra, mis hijos.
Laura mi abuelita y madre.
Alex y Esperanza, mis padres.
Xiomara, Mariuxi y Elizabeth, mis hermanas.
Alex Morey
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
VIII
RESUMEN
El principal de objetivo de esta investigación fue obtener quitosano, lo cual se consiguió a partir del exoesqueleto de cangrejo, a través de un tratamiento químico que incluyo la desmineralización, desproteinización y desacetilación, se caracterizo en función de su grado de deacetilación y peso promedio molecular viscosimétrico.
El GDA para el quitosano obtenido en esta investigación se ubico en el 85% con peso promedio viscosimétrico de 215 KDA. Con el material obtenido se prepararon 3 soluciones formadoras de películas, para realizar recubrimientos comestibles. Los componentes de las películas también abarcaron agua, almidón y glicerol como plastificante.
Las soluciones se caracterizaron de acuerdo a su densidad, carga de sólidos, viscosidad absoluta y pH. La carga de sólidos determinada para las soluciones osciló alrededor del 4 al 5%. Las soluciones formadoras de película se sometieron a análisis para la determinación de la permeabilidad al vapor de agua, siendo la formulación B con mayor contenido de quitosano, la que mostro un menor valor de 7,6122 g.mm/h.m2.kPA. Para analizar el efecto de los recubrimientos sobre un alimento, las soluciones se aplicaron sobre fresas y se observo los cambios de estas durante el almacenamiento. La solución B, con aplicación de una sola capa mostro mejores resultados para la preservación de la fruta. Todas las soluciones mostraron, en las respectivas curvas de perdida de peso, perdidas relacionadas a la humedad y al proceso de respiración del alimento durante el almacenamiento.
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
IX
INDICE DE CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS ....................................................................................... IV
DEDICATORIA ................................................................................................. VI
RESUMEN ...................................................................................................... VIII
INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 3
Objetivo General ................................................................................................. 3
Objetivos Específicos .......................................................................................... 3
CAPITULO 1. MARCO TEORICO ...................................................................... 4
1.1. Descripción General de la Quitina y quitosano ..................................... 4
1.1.1. Obtención del quitosano ......................................................................... 6
1.1.1.1. Desmineralización .................................................................................. 6
1.1.1.2. Desproteinización ................................................................................... 7
1.1.1.3. Decoloración .......................................................................................... 7
1.1.1.4. Desacetilación ........................................................................................ 8
1.1.2. Propiedades fisicoquímicas y caracterización del quitosano ................. 9
1.1.2.1. Peso molecular (MW) ........................................................................... 10
1.1.2.2. Grado de desacetilación (GDA) ........................................................... 11
1.1.2.3. Solubilidad ............................................................................................ 11
1.1.2.4. Viscosidad y propiedades en solución ................................................. 12
1.1.3. Propiedades biológicas ........................................................................ 12
1.1.4. Aplicaciones ......................................................................................... 15
1.2. Generalidades del Almidón .................................................................. 18
1.2.1. Estructura y propiedades del gránulo de almidón. ............................... 19
1.2.2. Aplicaciones del almidón ...................................................................... 22
1.3. Películas comestibles ........................................................................... 23
1.3.1. Función de las películas ....................................................................... 23
1.3.2. Componentes de las películas alimenticias .......................................... 25
1.3.2.1. Hidrocoloides ....................................................................................... 26
1.3.2.2. Lípidos .................................................................................................. 27
1.3.2.3. Compuestas ......................................................................................... 27
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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1.3.2.4. Aditivos: Plastificantes .......................................................................... 28
1.3.3. Películas de quitosano – almidón ......................................................... 28
1.3.4. Mecanismos de formación de películas comestibles............................ 30
1.3.4.1. Técnicas de aplicación ......................................................................... 31
1.3.5. Principales propiedades de las películas comestibles.......................... 33
1.3.5.1. Propiedades mecánicas ....................................................................... 33
1.3.5.2. Propiedades de transporte: permeabilidad ........................................... 34
CAPITULO 2. PLAN DE INVESTIGACIÓN ...................................................... 35
2.1. Planeación general de la investigación ................................................ 35
2.2. Fase de Pruebas preliminares ............................................................. 36
2.3. Fase de ejecución de pruebas definitivas ............................................ 36
CAPITULO 3. EJECUCION FASE DE PRUEBAS PRELIMINARES .............. 38
3.1. Determinación de factores de estudio .................................................. 38
3.1.1. Procesos para obtención de quitosano ................................................ 38
3.1.2. Formulación de las películas comestibles ............................................ 39
3.2. Obtención del quitosano a partir del exoesqueleto del cangrejo .......... 39
3.2.1. Acondicionamiento de la materia prima: .............................................. 40
3.2.2. Desmineralización ................................................................................ 40
3.2.3. Desproteinización ................................................................................. 41
3.2.4. Deacetilación ........................................................................................ 42
3.2.5. Caracterización del quitosano obtenido ............................................... 42
3.2.5.1. Determinación del Grado de Deacetilación .......................................... 42
3.2.5.2. Determinación del peso molecular promedio. ...................................... 43
3.3. Elaboración de las películas comestibles ............................................. 46
3.3.1. Preparación de las soluciones formadoras de película ....................... 46
3.3.2. Caracterización de las soluciones y las películas ................................ 48
3.3.2.1. Determinación de la densidad .............................................................. 48
3.3.2.2. Determinación de la carga de sólidos .................................................. 48
3.3.2.3. Determinación de la viscosidad absoluta ............................................. 49
3.3.2.4. Determinación de la permeabilidad al vapor de agua .......................... 50
3.3.2.5. Aplicación del recubrimiento sobre una fruta: ...................................... 53
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
XI
3.4. Resultados de la fase preparatoria. ..................................................... 54
3.4.1. Obtención de quitosano ....................................................................... 54
3.4.1.1. Desmineralización: ............................................................................... 54
3.4.1.2. Caracterización del quitosano .............................................................. 57
3.4.2. Elaboración de las películas comestibles ............................................. 64
3.4.2.1. Caracterización de las películas ........................................................... 65
CAPITULO 4. FASE DE PRUEBAS DEFINITIVAS .......................................... 68
4.1. Obtención del quitosano a partir del exoesqueleto de cangrejo ........... 68
4.1.1. Acondicionamiento de la materia prima: .............................................. 68
4.1.2. Desmineralización: ............................................................................... 68
4.1.3. Desproteinización: ................................................................................ 69
4.1.4. Deacetilación: ....................................................................................... 70
4.1.5. Caracterización del quitosano .............................................................. 70
4.1.5.1. Determinación del Grado de Deacetilación .......................................... 70
4.1.5.2. Determinación del peso molecular promedio. ...................................... 71
4.2. Aplicación del quitosano en recubrimientos comestibles en mezcla con
almidón ............................................................................................................ 72
4.2.1. Preparación de las soluciones formadoras de película ....................... 73
4.2.2. Caracterización de las soluciones y las películas ................................ 74
4.2.2.1. Determinación de la densidad .............................................................. 74
4.2.2.2. Determinación de la carga de sólidos .................................................. 75
4.2.2.3. Determinación de la viscosidad absoluta ............................................. 75
4.2.2.4. Determinación de la permeabilidad al vapor de agua .......................... 76
4.2.2.5. Aplicación del recubrimiento sobre una fruta: ...................................... 78
CAPITULO 5. RESULTADOS Y SU ANÁLISIS. ............................................... 81
5.1. Obtención del quitosano a partir del exoesqueleto del cangrejo .......... 81
5.1.1. Grado de deacetilación: ....................................................................... 81
5.1.2. Determinación del peso molecular promedio viscosimétrico ................ 86
5.2. Elaboración de las películas comestibles. ............................................ 89
5.2.1. Composición y propiedades físicas de las soluciones formadoras de
película ............................................................................................................ 90
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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5.2.2. Permeabilidad al vapor de agua ........................................................... 91
5.2.3. Efecto de la aplicación del recubrimiento sobre el alimento ................. 94
5.2.3.1. Aspecto físico ....................................................................................... 94
5.2.3.2. Pérdida de peso ................................................................................... 98
CAPITULO 6. Conclusiones y Recomendaciones .......................................... 101
6.1. Conclusiones ...................................................................................... 101
6.2. Recomendaciones.............................................................................. 102
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 103
Lista de Tablas
Tabla 1-1. Propiedades Funcionales de la Películas Comestibles.................... 24
Tabla 3-1. Prueba preparatoria para la determinación de la relación más optima
de muestra: reactivo para el tratamiento: .......................................................... 41
Tabla 3-2. Condiciones de tiempo y concentración de HCl, para efectuar la
desmineralización ............................................................................................. 41
Tabla 3-3. Preparación de las soluciones para la prueba de viscosidad .......... 44
Tabla 3-4. Composición de las soluciones formadoras de película .................. 47
Tabla 3-5. Observaciones del proceso de secado ............................................ 50
Tabla 3-6. Resultados de las observaciones al tratamiento de
desmineralización ............................................................................................. 55
Tabla 3-7 Efecto de la concentración de HCl, sobre el producto obtenido luego
de efectuada todas las etapas de tratamiento .................................................. 56
Tabla 3-8. Titulación del Quitosano Comercial frente a Hidroxido de sodio .... 58
Tabla 3-9. Condiciones finales para la extracción de quitosano ....................... 62
Tabla 3-10 Tiempos de caída y viscosidades de las muestras de soluciones de
quitosano Comercial ......................................................................................... 63
Tabla 3-11 Observaciones del efecto de la concentración de glicerol en la
formulación. ...................................................................................................... 65
Tabla 3-12 Observaciones al proceso de formación de las películas ............... 66
Tabla 4-1 Relaciones de composición para soluciones formadoras de película.
.......................................................................................................................... 74
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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Tabla 5-1 Titulación solución quitosano comercial frente al hidróxido de sodio y
aplicación del criterio de la primera derivada .................................................... 82
Tabla 5-2 Titulación de la solución del quitosano obtenido en nuestro proceso y
aplicación del criterio de la primera derivada .................................................... 84
Tabla 5-3 Parámetros de cálculo de las viscosidades según Huggins y Kramer,
a partir de los tiempos de caída de varias soluciones de biopolímero. ............. 86
Tabla 5-4 Parámetros de cálculo de las viscosidades según Huggins y Kramer,
a partir de los tiempos de caída de varias soluciones de quitosano obtenido en
nuestro proceso ................................................................................................ 88
Tabla 5-5 Composición final de las soluciones formadoras de películas y
propiedades físicas ........................................................................................... 90
Tabla 5-6 Parámetros de cálculo para obtener la permeabilidad al vapor de
agua de los films. .............................................................................................. 92
Tabla 5-7 Observaciones sobre el aspecto físico de las frutas tratadas con una
capa de recubrimiento comestible .................................................................... 95
Lista de Ecuaciones
Ec. 3.1 Grado de deacetilación : ...................................................................... 43
Ec. 3.2 Recta de Huggins: ............................................................................... 45
Ec. 3.3 Recta de Kramer: ................................................................................. 45
Ec. 3.4 Ecuación General de Mark – Houwink: ................................................ 45
Ec. 3.5 Carga de Sólidos: .............................................................................. 49
Ec. 3.6 Índice de transferencia del vapor de agua WVTR: ............................. 52
Ec. 3.7 Permeanza : ........................................................................................ 52
Ec. 3.8 Determinación de la presión al interior de la cámara de prueba: ....... 52
Ec. 3.9 Permeabilidad al vapor de agua: ....................................................... 53
Ec. 3.10 Ecuación de calibración del Viscosímetro Stormer: ........................... 65
Ec. 4.1 Porcentaje de pérdida de peso: ........................................................... 80
Lista de Gráficos
Gráfico 3.1. Curva de titulación del quitosano frente al Hidróxido de sodio y
determinación de la primera derivada (grafica superior) ................................... 59
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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Gráfico 3.2. Curva de titulación del quitosano obtenido en laboratorio, frente al
Hidróxido de sodio y determinación de la primera derivada (gráfica superior) . 60
Gráfico 3.3. Curva de titulación del quitosano obtenido en laboratorio, frente al
Hidróxido de sodio y determinación de la primera derivada (grafica superior) . 61
Gráfico 3.4 Rectas de viscosidad reducida y aparente, obtenidas de soluciones
de quitosano comercial ..................................................................................... 64
Gráfico 5.1 Curva de titulación del quitosano frente al hidróxido de sodio y
determinación de la primera derivada (grafica superior). .................................. 82
Gráfico 5.2 Curva de titulación del quitosano obtenido en nuestro proceso,
frente al hidróxido de sodio y determinación de la primera derivada (grafica
superior). ........................................................................................................... 84
Gráfico 5.3 Espectros IR de una muestra de quitosano comercial y del
quitosano obtenido en nuestro proceso. ........................................................... 85
Gráfico 5.4 Rectas de viscosidad reducida y aparente, a partir de soluciones
de quitosano comercial ..................................................................................... 88
Gráfico 5.5 Rectas de viscosidad reducida y aparente, a partir de soluciones
de quitosano obtenido en el proceso experimental ........................................... 89
Gráfico 5.6 Ganancia de peso de las celdas de permeación ........................... 92
Gráfico 5.7 Pérdida de peso de las frutas tratadas con los distintos
recubrimientos, durante el periodo de almacenamiento. .................................. 99
Lista de Fotos
Foto 3.1 Película obtenida por moldeo ............................................................. 66
Foto 4.1 Liberación de CO2 por la adición de HCL. .......................................... 69
Foto 4.2 Calentamiento de las muestras durante la desproteinización ............. 69
Foto 4.3 Equipo: Baño termostático Cannon, empleado en las determinaciones
de viscosidades reducidas e inherentes. .......................................................... 72
Foto 4.4 Viscosímetro Stormer ......................................................................... 76
Foto 4.5 Micrómetro digital empleado en la experimentación ........................... 77
Foto 4.6 Desecador empleado como cámara de ambientación ........................ 78
Foto 4.7 Frutas previo al secado del recubrimiento comestible ........................ 79
Foto 5.1 Soluciones formadoras de película ..................................................... 91
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
XV
Foto 5.2 Películas de quitosano almidón, obtenidas por moldeo sobre una caja
Petri. 91
Foto 5.3 Fruta tratada con la formulación A con 2 capas de recubrimiento (d) y
fruta control (i) ................................................................................................... 97
Foto 5.4 Fruta tratada con la formulación B con 2 capas de recubrimiento (d) y
fruta control (i) ................................................................................................... 97
Foto 5.5 Fruta tratada con la formulación B con 2 capas de recubrimiento (d) y
fruta control (i) ................................................................................................... 98
Lista de Figuras
Figura 1.1. Molécula de Quitina .......................................................................... 5
Figura 1.2. Reacción química del proceso de obtención de quitosano a partir de
la quitina. ............................................................................................................ 9
Figura 1.3. Estructura de la amilosa ................................................................. 18
Figura 1.4. Estructura de la amilopectina .......................................................... 19
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
SECCIÓN I. MARCO INTRODUCTORIO
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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1
INTRODUCCIÓN
El desarrollo industrial, demográfico y de la sociedad actual ha llevado
consigo la explotación masiva de materiales poliméricos provenientes de
fuentesfósiles.
Estos materiales han representado un gran beneficio y utilidad a la
sociedad sin embargo también han con llevado a grandes impactos
contaminantes sobre el ambiente. Es por ello que a la vista de los efectos
causados por tales impactos, se ha buscado desarrollar nuevas técnicas y
tecnologías para elaborar productos poliméricos biodegradables, es decir que
sean más amigables con el ambiente en un marco de desarrollo sostenible.
En este contexto durante los últimos años ha aumentado el interés por el
uso de polímeros biodegradables para el desarrollo de películas flexibles como
una alternativa a los problemas de contaminación ambiental y el manejo de los
desechos sólidos.
Un enfoque importante que se ha dado a estos materiales; es su uso
para procesos de conservación de alimentos, ya sea como recubrimientos
alimenticios o como envases contenedores, o empaques. Así el desarrollo de
las películas biodegradables ha tomado un gran interés en este campo de
aplicación. En el caso particular de los alimentos, el potencial de las películas
biodegradables es mayor, si además no son tóxicas, son biocompatibles y
pueden ser ingeridas por los humanos como los son las películas basadas en
lípidos, proteínas polisacáridos o combinaciones de estos componentes.
Las películas comestibles se pueden definir como una o varias capas
finas que pueden ser consumidas por los seres vivos. Estas tienen la ventaja
de proporcionar a los alimentos un recubrimiento para reducir la pérdida de
humedad, restringir la entrada de oxígeno, disminuir la respiración, retardar la
producción de etileno, retener compuestos volátiles y acarrear aditivos que
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En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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retarden la decoloración y crecimiento microbiano (Baldwin 1995). Para estos
fines se han investigado diversos materiales, catalogándose como básicos en
la formulación de estos productos a los polisacáridos, lípidos y proteínas. Estos
muestran distintas propiedades, por lo cual para aprovecharlas a su máximo
nivel; en la actualidad se busca usarlos combinados.
Un material que ha ganado importancia en el campo alimenticio para la
elaboración de películas, es el quitosano, forma desacetilada de la quitina, que
presenta muy buenas propiedades de barrera y mecánicas. Fuente importante
para la obtención de quitosano son los desechos de los crustáceos,
provenientes de la industria alimenticia de este tipo. Este mercado industrial es
bastante amplio, por lo que el volumen de desechos producidos es
considerable, permitiendo un campo de desarrollo sustentable y sostenible.
Por otro lado, los almidones también han tomado la atención, no solo por
ser de fuentes naturales y por sus características biodegradables, sino por sus
buenas propiedades para formar films, su capacidad de absorber agua, y de
formar geles. En nuestro país su disposición es bastante amplia, teniendo
como fuentes de obtención distintos vegetales y cereales, tales como la yuca,
el arroz y el maíz.
Una tendencia marcada, en la elaboración de recubrimientos
comestibles, es utilizar una mezcla de quitina y almidones a fin de obtener
mejores propiedades en el material producido, agregando adicionalmente
componentes plastificantes de la naturaleza de los glicoles, uno de ellos la
glicerina.
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En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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3
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
Objetivo General
Obtener y utilizar materiales biodegradables con el fin de elaborar
películas comestibles que puedan ser aplicables como medios conservantes
sobre distintos alimentos.
Objetivos Específicos
Dar un tratamiento específico a los desechos del cangrejo para la
obtención de quitina y subsecuentemente de quitosano.
Caracterizar el quitosano obtenido, comparándolo con los estándares de
una muestra comercial. Para ello se determinara el peso molecular
viscosimétrico y el grado de desacetilación.
Elaborar soluciones formadoras de películas comestibles con quitosano
en mezcla con almidón y observar su funcionalidad como medios
conservantes, con el fin de aplicarlas sobre alimentos.
Determinar ciertas características de las mezclas obtenidas tales como:
Viscosidad
Relación de composición
Temperatura
Reacción a los agentes plastificantes
Permeabilidad al vapor de agua
Determinar y analizar los cambios que sobre el alimento se produzcan,
una vez aplicado el recubrimiento sobre este.
Obtención de quitosano y su aplicación
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SECCIÓN II. MARCO TEORICO
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En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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CAPITULO 1.
1. MARCO TEORICO
En general, la búsqueda de materiales menos agresivos con el ambiente
es una tarea continua en todas las áreas del quehacer humano, debido a los
altos niveles de contaminación presentes en todo el planeta. Parte de este
problema ha sido contribución por el uso y mala disposición de materiales
poliméricos de baja degradabilidad. Por ello hoy una gran opción para su
sustitución son los biopolímeros naturales obtenidos de cuatro grandes fuentes:
Animal (colágeno / gelatina)
Marino (quitina/quitosano)
Agrícola ( lípidos y grasas, proteínas y carbohidratos)
Origen microbiano (ácidos polilácticos y polihidroxialcanoatos)
De los materiales mencionados como ejemplos, los que han tomado un
gran interés en los campos de aplicaciones como medios de conservación
alimenticia son el quitosano y el almidón.
El quitosano es el segundo polisacárido más abundante después de la
celulosa, posee propiedades fungicidas, bactericidas y nematicidas y actúa
como cubierta protectora retardando la maduración de los frutos mediante la
modificación de su atmósfera interna y por lo tanto limitando el desarrollo de los
patógenos (El Ghaouth y col., 1991; Shahidi ycol., 1999).
1.1. Descripción General de la Quitina y quitosano
La quitina fue descubierta en 1811 por Henry Branconot y poco después
por E. Odier en 1823. Esta sustancia orgánica se encuentra de forma
abundante en la naturaleza, después de la celulosa, formando parte del
exoesqueleto de camarones, cangrejos, otros crustáceos, insectos y hongos,
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En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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así como en el fino manto del plancton. Se trata además de un subproducto
importante de varias industrias como la pesquera y la cervecera.
Figura 1.1. Molécula de Quitina
Tanto la quitina como el quitosano son biopolímeros que en los últimos
años han encontrado gran cantidad de aplicaciones en la industria alimentaria
como en la biotecnológica.
La quitina está formada por unidades de 2-acetamida-2-deoxy-β-D-
glucosa unidas por enlaces β -(1-4) y su obtención, por medios químicos, de
forma general requiere de tres operaciones básicas.
Desmineralización: Para eliminar la materia inorgánica.
Desproteinización: Para la separación de la proteína.
Decoloración: Para la separación de los pigmentos lipídicos
(carotenoides).
La ejecución de estos procesos, seguidos por la desacetilación, conlleva
a la obtención del quitosano.
El término quitosano fue determinado por Hoppe-Seyleren(1894),
basándose en los estudios de Rouget en 1859, quien encontró que la quitina al
ser tratada con un álcali caliente genera un producto soluble en ácidos
orgánicos. Químicamente, el quitosano es un heteropolisacárido policatiónico
lineal de alto peso molecular, consistente en dos monosacáridos, N-acetil-D
glucosamina y D-glucosamina, unidos por un enlace β-(1-4) glicosidico.
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En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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La cantidad presente de los dos monosacáridos en el quitosano puede
variar, dando muestras de diferentes grados de desacetilación (70 – 95%);
pesos moleculares de 50-2,000 kDa, viscosidad y distintos valores de pKa. Por
lo tanto el término quitosano no se refiere a un compuesto únicamente definido,
sino a una familia de copolímeros con varias fracciones de unidades
desacetiladas.
En su forma natural, la quitina se presenta parcialmente desacetilada, la
diferencia entre quitina y quitosano es de hecho arbitraria ya que las formas
completamente acetiladas o desacetiladas no existen en la naturaleza ni como
productos finales de un proceso, por lo que en la práctica al polímero que
presenta mayor acetilación se le denomina quitina y al más desacetilado
quitosano (Hansen y Llanes, 1994).
1.1.1. Obtención del quitosano
Existen variadas vías para obtener quitosano a partir del exoesqueleto de
los crustáceos y la forma de aplicación del proceso elegido tiene grandes
influencias sobre la calidad del producto obtenido. Así una de las vías, para su
obtención, radica en la aplicación de tratamientos químicos, en los que
intervienen soluciones de ácido clorhídrico, hidróxido de sodio o potasio, ácido
acético ente otros.
La primera etapa en la obtención del quitosano es el tratamiento de la
materia prima para generar quitina, previo un acondicionamiento de esta. Es
decir una etapa de molienda, que facilite el contacto entre el material y las
sustancias químicas a emplearse; así se llevan a cabo de forma general las
siguientes etapas a continuación descritas.
1.1.1.1. Desmineralización
El principal componente inorgánico de los caparazones de los crustáceos
es el carbonato de calcio, y en menor proporción por fosfato de calcio, los
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cuales son eliminados empleando soluciones diluidas de ácido clorhídrico
(hasta 10% o 4 N) a temperatura ambiente, aunque también se han utilizado
otros ácidos (HNO3, HCOOH, H2SO4, y CH3COOH). La concentración del ácido
y el tiempo de tratamiento dependen de la fuente, pero deben evitarse los
tratamientos a temperaturas altas, que provocan la degradación del polímero.
Un tratamiento alternativo para disminuir la degradación consiste en el empleo
del agente acomplejante EDTA.
1.1.1.2. Desproteinización
La desproteinización puede ser química o enzimática, y busca separar las
proteínas del polímero. En el proceso químico los exoesqueletos de los
crustáceos son tratados, normalmente, con soluciones de hidróxido de sodio o
potasio, que varía de 1 a 10% a temperaturas entre los 65 y 100 ºC durante un
periodo de 1 a 24 horas. En ocasiones se prefiere realizar dos tratamientos
consecutivos por tiempos cortos. Hay que tener en cuenta que tratamientos por
largo tiempo o a temperaturas muy altas pueden provocar ruptura de las
cadenas y la desacetilación parcial del polímero.
El proceso enzimático consiste en la digestión enzimática o fermentación
con bacterias proteolíticas con actividad no quitinolítica, por ejemplo,
Pseudomonas maltophila. Este proceso presenta la ventaja de que disminuye
la degradación química de la quitina y además protegen las condiciones del
ambiente, sin embargo no se consigue la eliminación completa de la proteína.
1.1.1.3. Decoloración
La coloración de los caparazones de crustáceos se debe
fundamentalmente a la presencia de pigmentos carotenoides tales como la
astaxantina, la cantaxantina, el astacina, la luteína y el B-caroteno. Los
tratamientos anteriores generalmente no son capaces de eliminar estos
pigmentos, los que suelen extraerse a temperatura ambiente con acetona,
cloroformo, éter, etanol, acetato de etilo o mezcla de solventes. También se
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han empleado agentes oxidantes tradicionales, como el peróxido de hidrogeno
(0.5-3%), el hipoclorito de sodio (0.32%) y permanganato de potasio al 0.02% a
60 ºC, aunque debe tenerse presente que éstos suelen atacar los grupos
aminos libres e introducir modificaciones en el polímero.
1.1.1.4. Desacetilación
Esta operación comprende la eliminación del grupo acetilo existente en la
molécula de quitina. Esta puede darse por dos vías, la homogénea y
heterogénea. En ambas se emplean soluciones de álcalis fuertes en
concentraciones que van de entre el 25 al 60% peso/peso.
En la desacetilación homogénea la quitina es suspendida en la solución
de álcali, para en lo posterior refrigerarse con hielo para disolver la quitina en
solución. La desacetilación se inicia a temperaturas cercanas a la del ambiente
durante períodos largos de tiempo. Esto permite que la reacción no se localice
en determinados lugares de la cadena y que el ataque a los grupos amidas sea
más uniforme.
La desacetilación heterogénea consiste en que las moléculas de quitina
son dispersadas en una solución alcalina caliente, generalmente de hidróxido
de sodio. Las condiciones en las que se lleva a cabo este proceso pueden
reducir la longitud de la cadena por este motivo es conveniente repetir varias
veces el tratamiento alcalino por cortos periodos de tiempo y aislando el
producto en cada etapa. Para disminuir la pérdida de peso molecular del
polímero es conveniente la ausencia de oxígeno o la presencia de un
antioxidante para evitar su despolimerización.
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Figura 1.2. Reacción química del proceso de obtención de quitosano a
partir de la quitina. Fuente: Parada, L.G. Crespín1, G.D. Miranda, R. Katime, I. reacción.
La desacetilación de la quitina también se puede dar por vía enzimática,
siendo la quitina desacetilasa, la enzima que cataliza la conversión de quitina a
quitosano.
La limitación de este método es que la enzima no es muy efectiva en la
desacetilación de quitina insoluble, por lo tanto es necesario un pretratamiento
de la materia prima, mientras que la principal ventaja de este procedimiento
respecto del químico, es la obtención de un material uniforme en sus
propiedades físicas y químicas, lo que permite su mayor viabilidad para
aplicaciones biomédicas.
1.1.2. Propiedades fisicoquímicas y caracterización del quitosano
Este compuesto es soluble en soluciones diluidas de ácidos orgánicos,
insoluble en solventes orgánicos y a niveles de pH por encima de 6.5.
Los grupos aminos libres del quitosano le confieren propiedades
importantes. Cuando este se solubiliza en ácido diluido funciona como un
polímero catiónico de estructura lineal con una alta densidad de carga positiva,
esta carga puede ser aplicada en procesos de floculación, en la formación de
capas e inmovilización de reactivos biológicos incluyendo enzimas.
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Otra propiedad importante es su habilidad para actuar como una barrera
de la humedad en cosméticos, como agente quelante de cationes y como
encapsulante cuando no tiene carga positiva.
El quitosano está comercialmente disponible a partir de un número de
proveedores en varios grados de pureza, peso molecular, longitud de cadena,
grados de desacetilación, densidad y distribución de carga, formación de sales,
viscosidades y valores de retención de agua. Estas propiedades afectan
significativamente sus características fisicoquímicas y que a su vez gobiernan
casi todas sus aplicaciones.
1.1.2.1. Peso molecular (MW)
Aunque los efectos subyacente químicos y físicos de algunas de las
aplicaciones del quitosano y sus derivados todavía no se conocen en detalle, la
evidencia obtenida en las diversas investigaciones realizadas indican que la
mayor parte de sus actividades fisiológicas y propiedades funcionales
dependen de su peso molecular.
La distribución de peso molecular en la preparación de quitosano está
influenciada por las condiciones empleadas en el proceso de desacetilación,
tales como tiempo, temperatura, concentración y naturaleza del material de
partida así como de las condiciones atmosféricas, por ello es común observar
pesos moleculares promedio de varios cientos a un millón de Daltons.
Debido a la influencia de la composición del polímero y rango del peso
molecular en las varias propiedades fisicoquímicas del quitosano, es muy
importante caracterizar adecuadamente cada lote de polímero.
El peso molecular del quitosano puede ser determinado por varios
métodos, tales como espectrometría por dispersión de luz, cromatografía de
permeación en gel y viscosimetría.
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1.1.2.2. Grado de desacetilación (GDA)
El grado de desacetilación se define como el contenido en grupos aminos
presentes en la cadena polimérica y es probablemente el parámetro más
importante de estos polisacáridos y determina grandemente sus características
funcionales fisiológicas.
Los quitosanos típicos tienen comúnmente un grado de desacetilación
de entre el 75 a 85% y este se ve afectado por factores en su procesamiento
tales como: concentración del álcali, tamaño de partícula y la densidad de la
quitina empleada. Los dos últimos factores afectan el índice de penetración del
álcali en la región amorfa y en cierto grado también en las regiones cristalinas
del polímero, necesitadas para que la hidrólisis ocurra.
Existen numerosos métodos para determinar el grado de desacetilación
del quitosano basados en diversas técnicas. Entre estas técnicas podemos
destacar la espectroscopia de infrarrojo (IR), la espectroscopía de UV, La
espectroscopía de RMN, la conductimetría y la potenciometría. Este ultimo
emplea un método de titulación relacionado con la solubilidad del quitosano en
medio ácido y básico.
1.1.2.3. Solubilidad
La principal diferencia entre la quitina y el quitosano radica en su
solubilidad. La desacetilación transforma la quitina insoluble a quitosano
soluble en acido.
Así el quitosano es soluble en soluciones de ácido clorhídrico y nítrico al
0,5 hasta 1.1% pero insoluble a concentraciones del 10%. Es insoluble a
cualquier concentración de ácido sulfúrico y es ligeramente soluble en ácido
ortofosfórico al 0,5% de concentración, siendo el ácido fórmico el mejor
solvente ara este polisacárido, obteniendose soluciones desde concentraciones
de fórmico de 0,2 hasta 100%.
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La solubilidad del quitosano dependiente del pH, se atribuye a sus grupos
amino (-NH2), que llegan a ser protonados hasta disoluciones a pH 6 o por
debajo de esta concentración, para formar grupos amino catiónicos,
incrementando la repulsión eléctrica intermolecular y resultando en un
polisacárido soluble policatiónico, con un gran número de grupos cargados en
base al peso. Por otra parte el quitosano tiende a perder esta carga a un pH
más alto, y por lo tanto puede precipitar de la solución debido a la
desprotonación de los grupos amino.
1.1.2.4. Viscosidad y propiedades en solución
Una de las propiedades más características de muchos polímeros,
incluido el quitosano, es su habilidad para formar soluciones viscosas. Por lo
tanto podrían funcionar como espesantes estabilizantes o agentes de
suspensión. Las soluciones de quitosano muestran propiedades
pseudoplásticas y viscoelásticas; su viscosidad es afectada por su grado de
desacetilación, peso molecular y concentración, el tipo y la concentración del
solvente, el pH prevaleciente de la solución y la fuerza iónica, así como a
temperatura.
El rango de viscosidad del quitosano comercial en concentración de 1%
peso/ volumen en solución al 1% de ácido acético a 25ºC es desde 10 a 1000
mPa.S.
1.1.3. Propiedades biológicas
Gran parte del interés comercial en e quitosano y sus derivados, proviene
del hecho de que combinan varias características biológicas favorables,
incluyendo biodegradabilidad, biocompatibilidad y no toxicidad, propiedades
que tornan a estos polímeros naturales superiores a los polímeros sintéticos
actuales, haciéndolos material valioso para la industria farmacéutica, biomédica
así como para aplicaciones industriales.
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a) Biodegradación: Considerando que las soluciones de quitosano son
altamente estables sobre largos periodos de tiempo, hay a veces una
necesidad por degradar el quitosano a un nivel viable para una aplicación
particular, o como un medio para conferir solubilidad al quitosano a un pH
neutro.
Varios métodos para producir oligómeros de quitosano han sido descritos
en la literatura, incluyendo radiación, químicos (hidrólisis ácida o degradación
oxidativa –reductiva) y enzimáticos, de los cuales este último es preferido pues
la reacción y en consecuencia sus productos de formación pueden ser
controlados por medio del pH, temperatura y tiempo de reacción.
El quitosano es susceptible a la degradación por enzimas de una
variedad de fuentes, incluyendo enzimas no específicas, tales como lisozimas,
quitinasas, celulasas o hemicelulasas, proteasas (papaína y pronasa), lipasas,
β-1,3-1,4-glucanasas, y también las quitosanasas. se ha demostrado que es
lentamente degradada principalmente por las enzimas quitosinasas y lisozimas;
con las primeras, la biodegradación sucede hasta en un 75%, y hasta en un
35% con lisozimas.
Es por esto que la biodegradación del quitosano, es una propiedad
importante para ser considerado como un polímero de interés para aplicaciones
en sistemas alimenticios, dado que muchas de las aplicaciones en alimentos se
relacionan directa o indirectamente con la capacidad de las enzimas para
despolimerizar el sustrato.
b) Biocompatibilidad y no toxicidad: Una de las más importantes
propiedades biológicas de cualquier biomaterial implantable es su
biocompatibilidad; este no debe ser afectado por el huésped y al mismo tiempo
no debe causar efectos indeseables locales o sistémicos. Así el quitosano es
bien tolerado por tejidos vivos, incluyendo la piel, membranas oculares, epitelio
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nasal, y por ello ha sido demostrada su utilidad en una amplia gama de
aplicaciones biomédicas.
El bajo perfil de toxicidad del quitosano comparado con otros
polisacáridos naturales es otra de sus muchas atractivas características. Ha
sido reportado que la pureza del quitosano influencia su perfil toxicológico. Sin
embargo su seguridad en términos de inercia y baja o nula toxicidad ha sido
demostrada por estudios de toxicidad en vivo. Su LD50oral (dosis letal media)
en ratones se encontró que era superior de 16 g/dia/kg de peso, que es mayor
que el de la sucrosa. Sin embargo está contraindicado para personas con
alergia a los mariscos.
c) Propiedades antimicrobianas: Se ha reportado que el quitosano
controla el crecimiento de bacterias, hongos y levaduras y ha sido aplicada
para suprimir estos organismos en tejidos de plantas y alimentos.
El quitosano, al tener un ion positivo con una base amino (NH2) atrae
moléculas cargadas negativamente; su actividad antibacteriana ha sido
explicada por el entrecruzamiento entre un quitosano policatiónico y los
aniones presentes en la superficie bacteriana, provocando alteraciones en la
permeabilidad de la pared celular (W. Prinyawiwatkul et al. 2007). Esta
propiedad, se evidenció en un estudio realizado en mayonesa pues disminuyó
perceptiblemente el conteo de células viables de microorganismos
deteriorantes como el Lactobacillusfructivorans y Zygosaccharomycesbailií
durante el almacenamiento a 25°C. Estos resultados sugieren que el quitosano
puede ser utilizado como preservante de alimentos para inhibir el crecimiento
de dichos microorganismos.
Se ha demostrado la susceptibilidad de la Salmonella typhimuríum en
glutamato y lactato de quitosano en bufer de fosfato (pH=5.8) a 32 °C. Además
actúa sobre la Escherichiacoli, Staphylococcusaureus, Yersíniaenterocolítica,
Listeria monocytogenes y Sacharomycescerevisiae.
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También se ha utilizado quitosano en salchichas, como sustituto del
nitrito, para inhibir bacterias; observándose que cuando se utilizó 0.2% de
quitosana (con peso molecular de 120 KDa) y 50% de niveles normales de
nitrito en salchichas, el efecto preservante fue similar a aquellas salchichas que
contenían todo el nitrito. El mayor crecimiento bacteriano fue inhibido al 80%
por 0.01-0.2% de quitosano.
Estudios de aplicación de quitosano como recubrimiento sobre queso
demostró su acción inhibitoria en el crecimiento de hongos y levaduras durante
un tiempo de 48 horas (Cerqueira et al, 2009). Estos efectos sobre levaduras y
hongos filamentosos asociados con el deterioro del jugo de manzana han sido
estudiados. El quitosano redujo la velocidad de crecimiento de varios
microorganismos pero el efecto fue determinado por su concentración. Por
ejemplo 1g/L de quitosano redujo la velocidad de crecimiento del
Mucorracemosus. Sin embargo, 5g/L fueron requeridos para completar la
inhibición del crecimiento de Byssochiamysspp. La levadura más sensible fue
Zygosaccharomycesbaíliiy no creció en presencia de 0.1 g/L de quitosano
durante el almacenamiento por 32 días a 25°C.
Las inmersiones en quitosano han sido investigadas como un posible
medio para extender la vida post cosecha en anaquel de frutas frescas y
vegetales. Por ejemplo, en fresas frescas y pimientas campana sumergidas en
soluciones ácidas de quitosano inoculadas con Botrytis cinérea o
Rhizopusstolonifer, ha sido reportada una resistencia al deterioro a 13°C igual
que las frutas tratadas con un fungicida químico convencional.
1.1.4. Aplicaciones
Por su naturaleza catiónica en soluciones ácidas que le confiere
propiedades únicas, relativa a otros polisacáridos, la industria del quitosano y
algunos de sus derivados se ha estimulado internacionalmente, encontrándose
un amplio universo de aplicaciones. A continuación se mencionan alguna de las
áreas en la que estos polímeros son utilizados.
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a) Alimentos: Tanto la quitina como el quitosano han sido probados para
potabilizar agua por la agencia de protección ambienta del Estados Unidos
(EPA). También han sido probados por la FDA y EPA para uso como agentes
precipitantes de materiales proteicos durante el procesado de alimentos y como
complementos alimenticios en niveles de incorporación que no excedan de
0,1%. Se utilizan también como clarificantes en vinos y agua potable en Reino
Unido y otros países europeos.
La quitina y el quitosano poseen usos potenciales como fibra dietética, se
ha observado que la adición de hasta 10% de quitina en la dieta de pollos
produce un crecimiento normal y vigor en los animales. Incrementa también el
desarrollo de Bifidobacterium en el intestino de mamíferos, esta bacteria inhibe
el crecimiento de otros microorganismos y genera lactasa requerida para la
digestión de la leche.
Ramachandran y col. (1987) observaron aumentos significativos en el
peso de pollos alimentados con quitina debido en gran parte a u incremento
substancial en el apetito de las aves.
Se ha sugerido el uso del quitosano como reemplazante de gluten, sin
embargo se ha observado que esta puede tener efectos inhibitorios en la
fermentación de glucosa por Saccharomyces cerevisiae, por lo que requiere
más estudios.
b) Ambiental: El principal uso de la quitina ha sido como un agente
floculante para clarificación de efluentes industriales y otros productos de
desechos, por ejemplo residuos de cervecería, aguas residuales de plantas
procesadoras de pescado, y como quelante de contaminantes ambientales
(metales pesados y/o radioactivos). El quitosano es capaz de llevar a cabo
estas funciones debido a que está cargada positivamente, pudiendo combinar
con biomoléculas cargadas negativamente o formar complejos con metales, los
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cuales entonces floculan y son separados por filtración, centrifugación o
prensado.
c) Cosmetología: El quitosano es un excelente humectante por su alta
capacidad de retener humedad, debido a esto se ha aplicado en productos
fijadores del cabello (por ejemplo shampoo, acondicionador, lociones, fijadores,
etc.). La concentración de sales de quitosano (aproximadamente 1%)
requeridas para estos usos son comparativamente más bajas que la de resinas
convencionales (aproximadamente 3%). También se sugiere el uso de quitina o
quitosano granular como un abrasivo para limpieza de la piel, existen patentes
de estos biopolímeros para uso en tratamientos contra celulitis (Simpson y col,
1994).
d) Biomedicina:Este biomaterial ha sido ensayado para múltiples
aplicaciones biomédicas, facilitando el proceso de cicatrización en heridas,
lesiones por quemaduras y la recuperación de lesiones cutáneas crónicas; sus
efectos han sido asociados con la activación de macrófagos, estimulación de
fibroblastos activación mitogénica y facilitación de adhesión intercelular.
e) Otras aplicaciones:A los polímeros quitinosos se les asocia
propiedades terapéuticas como la posibilidad de ligar sales biliares, así como la
posible disminución del colesterol sanguíneo.
Recientemente se ha mostrado que el quitosano posee un uso potencial
en un biosensor para monitorear oxidación lipídica, basándose en la habilidad
de los grupos amino primarios que esta posee y que pueden interactuar con los
aldehídos que se liberan durante la ruptura de grasas.
El quitosano también reacciona con aldehídos bajo condiciones
adecuadas para formar geles, esta reacción es la base para el atrapamiento de
células y enzimas. En Japón se comercializa para inmovilización de células
enteras y enzimas como la glucosa isomerasa.
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1.2. Generalidades del Almidón
Un polímero que tiene gran acogida en la actualidad, como material
biodegradable, es el almidón. Este muestra buenas propiedades de formación
de película lo que ha permitido su aplicación como empaques plásticos y
recubrimientos comestibles.
El almidón se halla muy difundido en la naturaleza como material de
reserva de los vegetales. Sus propiedades funcionales son de importancia en
muchos alimentos. El almidón se encuentra en las células vegetales bajo la
forma de partículas insolubles, o gránulos. El tamaño y la forma de éstos, varía
de un vegetal a otro y es posible, mediante su examen bajo el microscopio
común, determinar el origen de un determinado almidón.
La hidrólisis total en medio ácido, o con enzimas, resulta en la conversión
cuantitativa del almidón en D-glucosa. Así químicamente, el almidón es un
glucano, o mejor dicho una mezcla de glucanos, pues el gránulo de almidón es
un sistema heterogéneo que consiste principalmente en dos compuestos
distintos:
La amilosa, que es esencialmente un polímero lineal;
La amilopectina, que es un polímero muy ramificado.
Según sea la fuente, la molécula de amilosa contiene de 1,000 a 5,000
unidades de monosacáridos acoplados, enlazados por unionesα-(1→4).
Figura 1.3. Estructura de la amilosa
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La amilopectina, por otro lado, es una molécula mucho más grande. De
hecho es tan grande que la determinación exacta de su peso molecular se
torna extremadamente difícil. Sólo se tienen estimaciones, las que sitúan el
grado de polimerización de la amilopectina en el intervalo de 105 a 106
monosacáridos por molécula. La metilación e hidrólisis subsiguiente produce
principalmente 2-3-6 trimetil y 2-3 dimetil glucosa, indicando así que la
amilopectina está formada por cadenas cortas de amilosa, interconectadas a
través de uniones α-(1→6). Las cadenas contienen entre 20 y 30
monosacáridos. También se encuentran otras uniones, en general α-(1→3),
aunque con mucha menor frecuencia. No se conoce el esquema de
ramificación, aunque se han sugerido varios modelos, la mayoría de ellos sobre
la base de las propiedades físicas de las soluciones coloidales de amilopectina.
Figura 1.4. Estructura de la amilopectina
1.2.1. Estructura y propiedades del gránulo de almidón.
El gránulo de almidón consiste generalmente en varias capas, colocadas
alrededor de una región central llamada núcleo. No se conoce el origen de
estas capas. Se ha tratado de explicar por el ritmo diario de la síntesis del
almidón, pero este punto de vista parecería ser incorrecto. Algún grado de
orden en la disposición de las moléculas de almidón en el gránulo resulta
evidente a través de la difracción de rayos X. Se cree que estas estructuras se
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deben a la presencia de microcristales, formados principalmente por cadenas
laterales cortas del componente de amilopectina.
Así, existen varias propiedades que posee el almidón y que determina la
forma en que debe tratarse según el uso para el que se requiera.
a) Gelatinización: Se define como la pérdida de la semicristanilidad de
los gránulos de almidón en presencia de calor y altas cantidades de agua, con
muy poca o ninguna ocurrencia despolimerización, esto según lo citado en un
estudio realizado por Fritz y colaboradores en1994.
La gelatinización ocurre en un rango estrecho de temperaturas que
varían dependiendo de la fuente de almidón, encontrándose la del maíz en un
rango entre los 70 ºC y 72ºC.
La movilidad térmica de las moléculas y la disolución debida al
hinchamiento generan una disminución de la cristalinidad por el desenrollado
de las dobles hélices, hasta que la estructura granular se fragmenta casi por
completo. La viscosidad de esta mezcla depende de la concentración y de la
absorción de agua por parte del almidón. Cuando ocurre la gelatinización los
gránulos hinchados del almidón ocupan los espacios vacíos. La viscosidad
aumenta con la temperatura hasta la fragmentación de los gránulos, que se
desintegran y se disuelven generando un decrecimiento en la fluidez.
Pero en condiciones de alta concentración de almidón, como suele
suceder cuando se pretende obtener un almidón termoplástico, el
comportamiento es diferente. Mientras más rigidez haya, se da una mayor
resistencia debido al choque entre los gránulos hinchados, lo que genera una
alta viscosidad.
En estas condiciones, cuanto más calor se adiciona, el agua retenida
desintegra la estructura ordenada de los gránulos, y la amilosa comienza a
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difundirse formando un gel que finalmente soporta los gránulos compuestos
ante todo por amilopectina.
b) Retrogradación: Posterior a la gelatinización, en el momento en que
deja de introducirse calor y comienza la etapa de enfriamiento, la viscosidad
crece de nuevo y se presenta el fenómeno denominado retrogradación. La
retrogradación se define como un incremento espontáneo del estado del orden,
es decir, una reorganización de los puentes de hidrógeno y reorientación de las
cadenas moleculares. Paralelamente se genera un decrecimiento de la
solubilidad en el agua fría y un incremento de la turbiedad.
c) Transición vítrea: La transición vítrea de un material polimérico se
refiere al cambio inducido por el calor sobre las características de un polímero,
el cual con el incremento de la temperatura pasa de sólido frágil y quebradizo a
flexible. La temperatura a la cual ocurre este fenómeno se conoce como
temperatura a la cual ocurre este fenómeno se conoce como temperatura de
transición vítrea, que tiene influencia sobre varias propiedades del polímero,
entre las cuales se encuentran la rigidez en las cadenas, entrecruzamiento de
cadenas, presencia de cristales, incremento de las secciones amorfas, entre
otras.
d) Desestructuración: La desestructuración de almidón nativo consiste
en la transformación de los gránulos de almidón cristalino en una matriz
homogénea de polímero amorfo, acompañada por un rompimiento de los
puentes de hidrógeno entre las moléculas de almidón, de un lado, y la
despolimerización parcial de las moléculas del otro. Algunos investigadores
han citado que el proceso de desestructuración puede generarse por la
aplicación de energía al almidón. Los factores químicos y físicos involucrados
son temperatura, esfuerzo cortante, como el que genera una máquina
tradicional para trabajar plásticos como las extrusoras e inyectoras, tasa de
esfuerzo, tiempo de residencia, contenido de agua y cantidad de energía
aplicada
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1.2.2. Aplicaciones del almidón
Los almidones por sus propiedades y en función de la fuente de la cual
se obtienen, tienen variados usos, principalmente en el campo alimenticio. A
continuación se hace mención a algunas de estas aplicaciones.
El almidón (maíz) se emplea en la fabricación de cerveza, puesto que
actúa como un auxiliar en la reducción de nitrógeno y contenido de fibras.
También se lo emplea como un mejorador de la estabilidad, disminuyendo la
sensación de pesadez. Contribuye a obtener una cerveza más clara y brillante,
aumentando la velocidad en las operaciones de filtrado.
En los productos de confitería se emplea por sus beneficios gelificantes,
en la producción de gomas, natillas entre otros. También se usa como
espesante de bajo costo en rellenos, jarabes, entre otros; como agente de
moldeo en artículos depositados y antiadherentes en productos suaves tipo
malvavisco.
La compatibilidad de los almidones con ingredientes diversos, lo hacen
un excelente vehículo o extensor de diversos productos alimenticios,
industriales y farmacéutico; y la capacidad de formar pastas viscosas, permite
por ejemplo, al almidón de maíz la posibilidad de uso como ligante o
aglutinante de una amplia gama de ingredientes.
Su propiedad de formar películas resistentes y lisas, es aprovechada para dar
acabado en superficies en diferentes tipos industrias.
Así los almidones tienen un número enorme de posibles aplicaciones en
los alimentos, que incluyen las siguientes: adhesivo, ligante, enturbiante,
formador de películas, estabilizante de espumas, agente anti-envejecimiento de
pan, gelificante, glaseante, humectante, estabilizante, texturizante y espesante.
También pueden ser utilizados como materias primas, que sometidas a
hidrólisis, dan lugar a dextrinas que tiene aplicaciones tales como: substitución
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del azúcar (rebajar el dulzor); bebidas instantáneas (mejora la solubilidad y
facilita la dispersabilidad); productos en polvo, salsas, sopas, postres (dispersa
mejor el almidón); mayonesas y aliños (mejora la palatabilidad, intensifica el
sabor); productos cárnicos curados (substrato de fermentación); en dietética
como fuente de carbohidratos
1.3. Películas comestibles
Las películas comestibles se pueden definir como una o varias capas que
pueden ser consumidas por los seres vivos y funcionan a la vez como barrera a
la transferencia de agua, gases y solutos de alimentos.
Los recubrimientos y films han sido usados por muchas décadas para
proteger a los alimentos del ataque microbiológico y para prevenir la pérdida
de agua durante el almacenamiento, lo que ha intensificado la investigación del
comportamiento de estos de acuerdo a su formulación y procesos seguidos en
su elaboración.
1.3.1. Función de las películas
Kester y Fennema (1986) mencionan que las películas comestibles no
están diseñadas con la finalidad de reemplazar los materiales de empaques
sintéticos ni a las películas no comestibles, señalando que la importancia de las
películas comestibles recae en la capacidad de actuar como un conjunto para
mejorar la calidad del alimento en general, extender el tiempo de vida de
anaquel y mejorar la eficiencia económica de los materiales para
empaquetamiento. Lo antes descrito comprende que las películas cumplan con
los siguientes requisitos:
Alta eficiencia mecánica y de barrera
Tener cualidades sensoriales
Estabilidad bioquímica, fisicoquímica y microbiana suficiente
No toxicas
Tecnología simple
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No contaminantes
Bajos costos de materiales y procesos.
En muchas aplicaciones de alimentos, la función más importante de las
películas comestibles es la reducción de la pérdida de humedad debido a que
se deben mantener ciertos niveles de actividad de agua (aw), ya que es un
factor de suma importancia en la calidad y seguridad del alimento.
Algunas de las propiedades funcionales, más importantes que
desempeñan las películas comestibles aplicadas a algunos alimentos son:
Tabla 1-1. Propiedades Funcionales de la Películas Comestibles Función Efecto Tipo adecuado de
película
Reducir la perdida de humedad
La velocidad de pérdida de peso se vuelve más lenta, así como la aparición de efectos desagradables en la apariencia por la deshidratación; ablandamiento y encogimiento del alimento.
Lípido, compuesta
Reducir la migración de aceites y grasas
Disminuye la migración hacia la superficie de aceites y grasas en alimentos fritos, contribuyendo a mantener un aspecto físico aceptable.
Hidrocoloide
Reducir el transporte de gases (CO2 y O2)
Afectan la velocidad de transferecia de los gases, sobre todo en frutas y verduras, afectando la velocidad de respiración de estas en las etapas de almacenamiento.
Hidrocoloide, lípido o compuesta
Reducir el transporte de solutos
Se reduce la pérdida de solutos propios en el alimento en procesos de deshidratación osmótica, así como también se reduce la entrada de solutos ajenos al alimento.
Hidrocoloide, lípido o compuesta
Mejorar las propiedades
mecánicas y de manejo de los
alimentos
Permite obtener ventajas para el almacenamiento y transporte de frutas y verduras en la post cosecha. Es importante la adhesividad de la película dentro de esta función.
Hidrocoloide, lípido o compuesta
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Función Efecto Tipo adecuado de película
Proveer integridad estructural a los
alimentos
Al reducir la velocidad de pérdida de humedad y de la tasa de respiración, se logra mantener las características de textura y firmeza del alimento. Retardo en los procesos de deterioro del fruto.
Hidrocoloide, lípido o compuesta
Retener los componentes volátiles
Las propiedades de barrera, permiten preservar por más tiempo los componentes volátiles del alimento sobre el cual se aplica la película, lográndose efectos positivos en las características organolépticas durante el almacenamiento
Hidrocoloide, lípido o compuesta
Contener aditivos
Las películas pueden contener aditivos, que contribuyan a los procesos de conservación del alimento, mejorando las propiedades de la película o recubrimiento.
Hidrocoloide, lípido o compuesta
Fuente: E. Bósquez. Elaboración de recubrimientos comestibles formulados con goma de mezquite y cera
de candelilla para reducir la cinética de deterioro en fresco, del limón persa, México, 2003.
1.3.2. Componentes de las películas alimenticias
Muchas materias primas de origen biológico, incluyendo polisacáridos,
proteínas y lípidos, solos o en mezclas, han sido propuestas para la
preparación de films comestibles o recubrimientos. Así se tienen las siguientes
clases de películas de acuerdo al tipo de componente:
Hidrocoloides (polisacáridos)
Lípidos (grasas, ceras, aceites)
Compuestas o combinadas (componentes lipídicos e hidrocoloides).
Teniéndose en cuenta que las propiedades de cada película dependerán
del tipo de componente del que este elaborada (Krochta et al, 1994).
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1.3.2.1. Hidrocoloides
Las películas elaboradas a base de estos compuestos son empleadas
donde el control de la migración de vapor de agua no es el objetivo. Son
usadas como barreras contra el oxígeno, dióxido de carbono y lípidos. Muchas
de estas tienen propiedades mecánicas que mejoran la integridad estructural
en productos frágiles, son sensibles al calentamiento y no aportan sabor
(Krochta et al., 1994).
Las películas a base de hidrocoloides se pueden subdividir en dos
grupos:
a) Polisacáridos: Una variedad de polisacáridos y sus derivados han
sido probados para ser usados potencialmente en películas o recubrimientos
comestibles. Estos incluyen alginatos, pectinas, carragenina, gomas, quitosano,
almidón hidrolizados de almidón, derivados de celulosa y mezclas.
Debido a la naturaleza hidrofílica de estos polímeros, no tienen buenas
propiedades de barrera contra la humedad. Sin embargo, ciertos polisacáridos
cuando son utilizados en la forma de recubrimientos gelatinosos de alta
humedad, retardan la pérdida de humedad de algunos alimentos durante
periodos cortos de almacenamiento. Las películas de polisacáridos tienen
buenas propiedades de barrera a los gases y pueden adherirse a superficies de
frutas y vegetales (Kester y Fennema, 1986).
b) Proteínas: Dentro de este grupo se incluyen gelatina, proteína de soya,
caseína, gluten de trigo, proteínas de suero y zeínas. Los alginatos y pectinas
requieren de la adición de iones polivalentes, como el de calcio, son
susceptibles a cambios de pH por su carga. Las películas de hidrocoloides
tienen una pobre resistencia al agua debido a su naturaleza hidrofílica. Los
componentes que presentan solubilidad moderada en agua son etilcelulosa,
gluten de trigo y zeína, los cuales presentan una mejor resistencia al vapor de
agua.
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Los recubrimientos elaborados a partir de colágeno han sido aplicados
desde hace muchos años en salchichas y productos cárnicos. Sin embargo
estos materiales son comestibles pero no son solubles en agua y generalmente
deben de ser removidos antes de que el producto sea consumido. (Guilbert,
1986)
1.3.2.2. Lípidos
Los lípidos son usados como barrera para el vapor de agua o para dar
brillo a las cubiertas de confitería. Las ceras han sido utilizadas para cubrir
frutas y vegetales ya que retardan la respiración y disminuyen la perdida de
humedad.
Los materiales lípidos comercialmente usados han sido la cera de abeja,
cera carnauba, parafinas y glicéridos acetilados. Las mejores barreras contra la
pérdida de humedad son sólidos a temperatura ambiente, la cual es una
propiedad que se debe a su relativa baja polaridad. Los lípidos pueden cubrir a
los alimentos en forma de líquido caliente o fundido, ya sea por recubrimiento,
inmersión o aspersión del alimento.
1.3.2.3. Compuestas
Las películas elaboradas en mezclas de componentes hidrocoloides y
lipídicos pueden ser formadas para combinar las propiedades que presentan
estos materiales y así tener mayor número de ventajas al momento de su
aplicación.
Un ejemplo de ello puede ser una película comestible hecha a base de un
lípido y un hidrocoloide de alto peso molecular. La película resultante poseerá
una buena cohesión estructural impartida por el polímero de cadena larga e
hidrorrepelancia impartida por el lípido (Kester y Fennema, 1986).
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1.3.2.4. Aditivos: Plastificantes
Con el fin de reducir la quebrajosidad e incrementar la dureza, flexibilidad
y resistencia al corte, se añaden compuestos plastificantes dentro de las
formulaciones formadoras de películas comestibles. M. Díaz cita en su
investigación a Guilbert y Biquet (1986), quienes mencionan que estos efectos
se pueden conseguir con una adición del 10 al 60%, en base seca, del
plastificante, el mismo que ser hidrofóbico o hidrosoluble aunque lo que se usa
comúnmente es uno hidrofóbico, para que sea insoluble o poco soluble en
agua. Los plastificantes utilizados en alimentos incluyen
Mono-,di-y oligosacáridos: glucosa, jarabes y miel principalmente
Polioles: sorbitol glicerol, polietilen glicoles y derivados
Lípidos y derivados como ácidos grasos. Monoglicéridos, surfactantes y
derivados de éster.
1.3.3. Películas de quitosano – almidón
En la actualidad, para obtener recubrimientos más eficientes, se recurre a
la mezclas de dos o más polímeros formadores de películas con el objeto de
aprovechar las distintas características funcionales de cada uno de los
componentes. Así, se observa muchos trabajos de investigación sobre
recubrimientos compuestos de quitosano almidón, que buscan fusionar las
mejores características de estos materiales en busca de mejorar las
propiedades mecánicas y de barrera de las películas que se obtienen.
Se ha dado una gran atención al uso de el quitosano para estos
propósitos por considerarse, como un inhibidor potencial de hongos debido a
su capacidad de inducir enzimas de defensa y a su naturaleza catiónica, por lo
que se ha utilizado para recubrir frutas y hortalizas con el fin de inhibir el
crecimiento microbiano. Aunque se han propuesto varios mecanismos de
inhibición, aún se desconoce la etapa de crecimiento sobre la cual se da el
efecto inhibitorio, así como la interacción directa entre el biopolímero y el
microorganismo.
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La quitina y el quitosano han sido utilizados exitosamente como
envolturas de alimentos ya que estas películas son transparentes, durables,
flexibles y difíciles de romper.
La películas de quitosano se han utilizado en frutas como fresa y papaya
obteniendo resultados buenos en todos los sentidos. Las funciones que
presentan las películas de quitosano en la industria son:
Controlar la liberación de sustancias antimicrobianas
Controlar la liberación de antioxidantes
Controlar la transferencia de humedad entre el alimento y el medio
circundante
Reducir la presión parcial de oxígeno
Controlar la liberación de nutrimentos, sabores y drogas
Controlar la velocidad de respiración
Membranas de ósmosis inversa
Controlar la temperatura
Controlar el oscurecimiento enzimático en frutas
Algunos pocos estudios recientes se han enfocado en optimizar las
condiciones bajo las cuales se elaboran los films, para así mejorar sus
propiedades mecánicas (deformación, resistencia a la ruptura, adhesividad) y
de barrera. Para las aplicaciones tanto de envasado como de recubrimiento, el
control de la permeabilidad al agua y a gases (oxígeno y dióxido de carbono)
ha sido una característica que tiene mucha influencia en la estabilidad de los
alimentos durante el almacenamiento.
Por otro lado, el almidón es la materia prima más usada en la elaboración
de películas biodegradables, debido principalmente a que es renovable,
abundante y relativamente fácil de manejar.
Las películas de almidón se usan principalmente para disminuir el
intercambio gaseoso entre el medio ambiente y el alimento, más que retardar la
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pérdida de humedad debido a sus características hidrofílicas (Krochta y Mulder
– Johnston, 1997). El carácter hidrofílico de estas películas les confiere un
aspecto quebradizo causado por altas fuerzas intermoleculares, empleándose
plastificantes como glicerol, sorbitol entre otros, para aumentar la flexibilidad de
las películas debido a su capacidad de reducir los enlaces de hidrogeno
internos entre las cadenas de los polímeros mientras aumentan el espacio
molecular.
Los antecedentes expuestos justifican el porqué de la combinación del
quitosano con el almidón para la aplicación como recubrimientos comestibles,
que permitan su uso en la conservación de alimentos
1.3.4. Mecanismos de formación de películas comestibles
En la formulación de películas y recubrimientos se necesita el uso de por
lo menos un componente capaz de formar una matriz estructural con suficiente
cohesividad. Así las sustancias formadoras de películas crean una estructura
continua mediante interacciones entre moléculas, bajo la acción de un
tratamiento químico o físico. La formación de una película o recubrimiento
involucra uno de los siguientes procesos:
La coacervación simple, en la que se consigue la formación de la película
a partir del cambio de fase o precipitación de un hidrocoloide en
disolución acuosa mediante modificación de alguna propiedad del
disolvente (pH, carga eléctrica, etc), o por adición de otro disolvente en
el cual el polímero es insoluble.
La coacervación compleja, en la que dos soluciones de hidrocoloides con
cargas opuestas se combinan provocando la interacción y la
precipitación de la mezcla de polímeros.
La gelificación o coagulación térmica, mediante la cual el calentamiento de
la macromolécula implica su desnaturalización seguida de gelificación o
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precipitación , o incluso el enfriamiento de una dispersión de
hidrocoloide que provoca una transición gel-sol, por ejemplo la gelatina o
el agar.
La eliminación del disolvente, en el que la formación de una película sólida
se lleva a cabo gracias a la evaporación del solvente en el que se aplica.
En este proceso, para obtener una película con propiedades mecánicas
adecuadas es necesario ajustar correctamente la temperatura y
velocidad de secado.
La fusión y solidificación, empleada en películas de naturaleza lipídica.
Consiste en el calentamiento de la sustancia empleada por encima de su
punto de fusión y posterior enfriamiento.
1.3.4.1. Técnicas de aplicación
El modo de aplicación de una película comestible depende en gran
medida del tipo de producto que se desee recubrir, pues en ello esta inmerso la
textura y forma de este. Así la solución formadora de película, se puede aplicar
sobre el alimento a través de métodos de inmersión, frotación, asperision, entre
otros (Krotcha y de Mulder Johnston, 1997).
a) Inmersión: Es la técnica más utilizada en el recubrimiento de frutas,
vegetales y productos cárnicos. Su aplicación en mas conveniente en aquellos
productos que requieren una capa uniforme en una superficie irregular. En el
caso de frutas y vegetales, la inmersión se realiza en tanques que contienen
las soluciones formadoras de película. Luego de su aplicación se procede a un
escurrido y secado, formándose sobre la superficie del producto, una película
delgada.
b) Aspersión: Este método convencional es usado en muchos casos, y
un factor que predomina en su aplicación es reducir el gasto de solución
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formadora de película, la misma que se aplica con una alta presión (entre 60-80
psi) y obteniéndose recubrimientos uniformes.
c) Frotación: En este método se emplea aire comprimido (menos de 5
psi) que es aplicado en líneas de empaque que poseen rodillo en movimiento
para lograr una dispersión uniforme. El exceso es removido por cepillos
colocados por debajo de los rodillos. La cubierta espumosa contiene un poco
de agua, facilitando así el proceso de secado.
d) Preformación: Las películas preformadas pueden fabricarse, a nivel
industrial, según las técnicas empleadas comúnmente para ciertos materiales y
para las películas no comestibles, tales como la extrusión, el moldeado o el
laminado.
Es de importancia mencionar que para el caso de cubiertas aplicadas
directamente sobre el producto, existen dos condiciones de relevante
importancia en el proceso:
Cohesión entre las moléculas del material de la cubierta: el grado de
cohesión influye en las propiedades mecánicas y de barrera del film , de
modo que una cohesión estructural elevada se traduce en una reducción
de la flexibilidad, de la porosidad y de la permeabilidad.
La cohesión depende de la estructura química del biopolímero, del
proceso de elaboración, parámetros controlados en el proceso,
presencia de plastificantes, agentes ligantes y del espesor final de la
película; y se ve favorecida entre los componentes de las películas, por
la presencia de polímeros ordenados de cadena larga.
Adhesión entre la cubierta y estructura de soporte: la adhesividad de la
película sobre la superficie del alimento depende principalmente de su
naturaleza y del número de interacciones o enlaces entre el
recubrimiento y el soporte. De aquí el motivo de utilizar agentes
tensoactivos en las formulaciones de soluciones formadoras de película.
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1.3.5. Principales propiedades de las películas comestibles
Las propiedades de los recubrimientos comestibles, dependen del tipo de
material utilizado, de las condiciones de formación del film, del tipo de
plastificante, de la naturaleza del disolvente, de su espesor entre otras.
1.3.5.1. Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas en las películas comestibles tienen un gran
impacto en la estabilidad y flexibilidad a cambios de temperatura, físicos y
ambientales. Las propiedades mecánicas que se examinan con mayor
frecuencia son la fuerza y el porcentaje de elongación al quiebre, el cual
representa la habilidad de la película al estirarse (Gennadios et al, 1994).
Un recubrimiento con muy buenas propiedades de barrera al vapor de
agua podría llegar a ser ineficiente si sus propiedades mecánicas no permiten
mantener la integridad del film durante su manejo, envasado y transporte, por
ello la importancia de medir los parámetros arriba mencionados.
Las curvas de fuerza versus distancia obtenidos en los ensayos
mecánicos se transforman en curvas de esfuerzos versus deformación de
Hencky.
La tensión de fractura nos da una idea de la resistencia a la fractura del
film, el modulo de elasticidad; de la firmeza y el porcentaje de elongación, de
la flexibilidad del film.
Como se menciono anteriormente, sobre la cohesión, esta índice sobre
las propiedades mecánicas del film, por varios factores involucrados con el
proceso de elaboración y los compuestos empleados.
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1.3.5.2. Propiedades de transporte: permeabilidad
La permeabilidad ha sido definida por autores como Fennema y
Donhowe, como la transmisión de un permeado a través de un material
resistente; siendo el primer mecanismo para el flujo del vapor del agua o gas
por la película; la difusión activa en la que se incluye la solubilización del gas
en la película, difusión a través de la película y finalmente el paso al otro lado
de la película.
El segundo paso del proceso de difusión depende del tamaño, forma y
polaridad del penetrante, de la cristalinidad, de los enlaces y el movimiento de
las cadenas poliméricas. Sin embargo puede presentarse el mecanismo de
capilaridad, cuando no hay imperfecciones en la película y el gas permeante
sea insoluble. La velocidad de la permeabilidad disminuye con el diámetro de la
molécula permeante, cuando no hay interacción entre el material permeante y
el polímero.
En varias investigaciones se menciona que la permeabilidad de las
películas abarca la transmisión del gas y vapor de agua así como la sorción de
los mismos. Se dice que la permeabilidad al vapor de agua es dependiente de
la polaridad relativa del polímero que se empleé, mientras la permeación del
gas tiende a ser proporcional a la fracción de volumen de la fase amorfa de la
estructura de la película.
Así se debe tener en consideración el coeficiente de velocidad de
transferencia, la permeación y el espeso del recubrimiento, pues la relación de
las tres deriva en la obtención de la permeabilidad.
Es importante tener en cuenta que el empleo de plastificantes, según
Guilbert, puede afectar a las propiedades mecánicas y la permeabilidad de las
películas comestibles, debido a que se altera la estructura, la movilidad de la
cadena y los coeficientes de difusión de gas o coeficientes de difusión de agua.
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SECCIÓN III. MARCO EXPERIMENTAL
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CAPITULO 2.
2. PLAN DE INVESTIGACIÓN
En este apartado se hace mención a la planeación general de la
investigación, así como a los materiales y métodos aplicados para la obtención
de los resultados.
En este sentido, se debe tener claro que el presente trabajo de
investigación versa en dos procesos sustanciales, los cuales son la obtención
del quitosano a partir de residuos de exoesqueleto de cangrejo y su aplicación
para la elaboración de películas comestibles en mezcla con almidón.
2.1. Planeación general de la investigación
Para efectuar la planeación de la investigación como tal, se efectuaron
dos fases consistentes en:
Trabajo preparatorio o pruebas preliminares,
Ejecución de pruebas definitivas
Estas se llevaron a cabo para la obtención del quitosano como para la
elaboración de la película comestible.
Esta planeación estuvo sujeta a la disponibilidad de equipos y materiales,
y se acoplo de acuerdo a los objetivos planteados para el trabajo experimental,
el cual contempla lo siguiente:
Obtención del quitosano a partir del exoesqueleto del cangrejo,
caracterizándolo a través de su grado de desacetilación y determinación
de peso molecular viscosimétrico.
Determinación del proceso de elaboración de las formulaciones quitosano
– almidón para la formación de las películas comestibles.
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Determinación de la concentración de glicerol, en las formulaciones
formadoras de película.
Determinación de la permeabilidad al vapor de agua de los films
obtenidos.
Aplicación en forma de recubrimiento sobre una fruta de prueba, en la cual
se examinara la pérdida de peso durante el almacenamiento, y las
afectaciones de esta sobre su aspecto físico.
2.2. Fase de Pruebas preliminares
El objetivo de llevar a cabo el trabajo preparatorio, es el de en primera
instancia familiarizarse con los procesos y análisis involucrados, obteniéndose
de esta forma información y habilidades, de cómo se deben manejar las
materias primas e insumos. A esto se le denominó pruebas de familiarización.
Una vez que se obtuvo habilidades en el manejo de las materias primas e
insumos, se continuó con las pruebas operacionales, las cuales permitieron
obtener información de como efectuar los procesos de obtención y su análisis.
Con esto se logro conocer a fondo las condiciones operacionales requeridas,
en lo que a equipos se refiere.
Por último, para definir los parámetros de estudio (concentraciones,
tiempos, temperatura) y su rango de control, teniendo en cuenta la
disponibilidad real de equipos e instalaciones, se continúo con las pruebas de
tipo exploratorio.
2.3. Fase de ejecución de pruebas definitivas
En función de los resultados obtenidos en las pruebas preliminares, se
efectúan las pruebas definitivas, que no son más que la reproducibilidad de los
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métodos ensayados en la etapa preparatoria, pero bajo parámetros de control
definidos, los cuales se determinan como producto de los ensayos
exploratorios.
De la etapa de ejecución de pruebas definitivas, se obtienen los
resultados finales para análisis, y los cuales se presentan en el respectivo
capitulo.
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CAPITULO 3.
3. EJECUCION FASE DE PRUEBAS PRELIMINARES
De acuerdo a lo expuesto en el capitulo anterior, aquí se describe los
parámetros de estudio de las materias primas y productos, como parte del
camino a seguir previo a la selección y ensayo de los métodos de análisis
definitivos.
3.1. Determinación de factores de estudio
De la revisión bibliográfica se obtuvieron las principales referencias para
determinar cuales son los parámetros o factores de control, tanto en la
obtención del quitosano como en la elaboración de la película comestible.
3.1.1. Procesos para obtención de quitosano
De forma general, y de acuerdo a la bibliografía revisada, el tratamiento
sigue el acondicionamiento de la materia prima, desmineralización con
soluciones de ácido clorhídrico en concentraciones de 1.5N a 4N;
desproteinización con hidróxido de sodio o hidróxido de potasio; y
desacetilación con soluciones concentradas de hidróxido de sodio. Debiéndose
tomar en cuenta la relación muestra –volumen de solución ácida en la etapa de
desmineralización.
El producto obtenido, se caracterizara en función de su grado de
desacetilación y peso molecular promedio viscosimétrico, los mismos que se
determinaran a través de valoración potenciométrica y viscosidad intrínseca de
disoluciones del polímero.
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3.1.2. Formulación de las películas comestibles
Para la elaboración de películas de tipo hidrocoloide, en la que participan
biopolímeros como el quitosano y el almidón, diversos estudios recomiendan el
empleo de estos materiales en concentraciones del 0,5% -3% p/v y del 2%
hasta un 6% peso/peso respectivamente.
Para mejorar las propiedades de barrera, recomiendan el uso de
plastificantes de tipo polioles. En nuestro caso se empleara glicerol, que de
acuerdo a varias fuentes puede emplearse en concentraciones de 0,2% a 5%
p/p fórmula.
Para tomar una medida de caracterización de las películas obtenidas, se
debe evaluar la permeabilidad al vapor de agua, empleándose la técnica ASTM
E96, con ciertas modificaciones. Para efectuar este método es preciso medir el
espesor.
Por otro lado se requiere ver el efecto de las soluciones formadoras sobre
el alimento que se escoja para estudio, calificándose en este la influencia sobre
la apariencia y la pérdida de peso del alimento durante el almacenamiento.
3.2. Obtención del quitosano a partir del exoesqueleto del cangrejo
Para el proceso obtención del quitosano, se tomo como referencia los
procedimientos expuestos en distintas bibliografías, tomando como guías
principales lo citado en tres estudios realizados por G. Banchón, J. Elizalde y T.
García, respectivamente.
Bajo estas referencias se experimento variando las concentraciones
ácido clorhídrico, a fin de determinar cuál es la concentración más efectiva para
la obtención de quitina y en lo posterior de quitosano. A continuación los
procedimientos ejecutados.
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3.2.1. Acondicionamiento de la materia prima:
Se recolecto el desecho de cangrejo de restaurantes de la ciudad de
Guayaquil. Estos se sometieron a clasificación y limpieza exhaustiva, para
recuperar los caparazones y retirándose de estos los restos de carne
impregnados.
Luego de la limpieza con abundante agua, se sometió al material a
secado en estufa por alrededor de hora y media a una temperatura de 70°C.
Posterior a esto, se realizo la molienda en un molino domestico.
De las pruebas de familiarización se determino la necesidad de realizar
una segunda molienda, obteniéndose un polvo de entre 100 a 200 um.
3.2.2. Desmineralización
Se realizo de forma general el siguiente procedimiento:
Se toma el peso de la muestra a tratar, y se añade una solución de HCL
previamanente normalizada. La agregación de hace forma lenta y con
agitación, para controlar la espuma que se genera a causa de la liberación de
CO2.
Terminada la agregación de la solución ácida se deja en agitación
constante durante una hora.
En primera instancia se realiza la determinación de la relación peso
muestra:volumen de solución ácida requerida para el tratamiento, siguiendo lo
propuesto en la bibliografía citada.
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Tabla 3-1. Prueba preparatoria para la determinación de la relación más optima de muestra: reactivo para el tratamiento:
Relación pm/ V* Concentración inicial de ácido
1:1 1,5 N
1:2 1, 5 N
1:10 1,5 N
*Muestra: 5 gramos de exoesqueleto de cangrejo seco
Para determinar la normalidad más optima de solución ácida, se probaron
cuatro concentraciones de ácido clorhídrico.
Tabla 3-2. Condiciones de tiempo y concentración de HCl, para efectuar la desmineralización
Se realizan lavados sucesivos de la muestra con agua desmineralizada
hasta obtener un pH neutro, eliminándose el sobrenadante.
3.2.3. Desproteinización
Se coloca la muestra en un vaso de precipitados y se añade hidróxido de
sodio al 5% p/v, en una proporción de muestra: solución de álcali 1:10.
Se somete a calentamiento a 90°C, manteniéndose esta temperatura en
un rango de variabilidad de ± 3°C, durante dos horas, con agitación constante.
Concentración Tiempo de contacto culminada la agregación de la solución
1,5 N 0,5 h
1 h
2 N 0,5 h
1 h
3 N 0,5 h
1 h
4 N 0,5 h
1 h
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En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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Se realizan de dos a tres lavados sucesivos con agua desmineralizada,
a fin de eliminar los sobrenadantes y las proteínas precipitadas.
3.2.4. Deacetilación
Se continúa el tratamiento agregando sobre la muestra una solución de
hidróxido de sodio al 50% p/p en una proporción de 1:10 muestra: solución de
álcali.
Se somete a calentamiento con agitación constante durante 2,5 horas, a
una temperatura de 100° C con rango de variabilidad de ± 5°C.
Se deja reposar por 15 minutos y se lava sucesivamente la muestra con
agua desmineralizada hasta obtener pH neutro. Se elimina el sobrenadante,
filtra, seca y pesa la muestra obtenida.
3.2.5. Caracterización del quitosano obtenido
3.2.5.1. Determinación del Grado de Deacetilación
Para determinar el Grado de Deacetilación, se recurre a la valoración
potenciométrica. Esta etapa de ensayo permite identificar los puntos de
inflexión de la curva generada en la titulación de la muestra con hidróxido de
sodio.
Método:
Se prepara una solución de quitosano al 1% p/v en HCl 0.3 N (un
volumen de 100 ml si se valora el producto comercial de referencia)
Se toma una alícuota de 25 ml y se titula con NaOH, previamente
estandarizado con ftalato ácido de potasio.
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En una fiola que contiene la solución de quitosano, se va agregando el
hidróxido de sodio en una proporción de 2 ml por cada lectura de pH que se
realiza.
Con agitación constante, se realiza la adición hasta observar que la
solución precipite en forma de agregados gelatinosos. Este es uno de los
puntos de inflexión buscado y que debe ocurrir en un rango de pH de 6 a 6,5.
En la aplicación de este método, se siguió lo sugerido por C. Banchón y
por G. Parada et al., en sus respectivas investigaciones; en lo que a la
concentración de Hidróxido de Sodio se refiere para efectuar la titulación. Así
se probó la concentración de 0,08N y 0,1N.
Los datos tomados durante la prueba se trasladan a una grafica de pH de
la solución versus cantidad de álcali añadido. Los puntos de inflexión se
determinan bajo el criterio de la primera derivada y se ingresan en la siguiente
fórmula:
Ec. 3.1 Grado de deacetilación :
Donde:
x= primer punto de inflexión, expresado en unidades de volumen
y= segundo punto de inflexión, precipitación del quitosano
N= normalidad de la solución de NaOH
m= peso de la muestra de quitosano en gramos
16.1 = valor constante relacionado con el peso equivalente del quitosano
3.2.5.2. Determinación del peso molecular promedio.
Para caracterizar el quitosano, en función de su peso molecular
promedio, se empleara un viscosímetro capilar cannon fenske, sumergido en
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un baño de aceite con control de temperatura constante. Durante las pruebas
operativas se logro calibrar el equipo para una temperatura de 28°C. Para la
elección del capilar se debe tener en cuenta que el solvente empleado tenga un
tiempo de paso de alrededor de 60 segundos.
Método:
Para realizar las pruebas consistentes en tomar el tiempo de paso de las
soluciones de estudio través del capilar, se prepararan 3 soluciones de menor
concentración de polímero; las mismas que se denominan C/2, 3C/4, C/4; a
partir de una solución madre de concentración C. Como solvente se emplea
una solución buffer Acetato de Sodio 0.2 M/ Ácido Acético 0.3 M.
Para determinar la concentración de solución madre (solución con mayor
concentración de polímero), más viable para efectuar las mediciones, se
preparó soluciones de quitosano al 1%, 0.5% y 0.25% p/v.
La preparación de las diluciones a partir de la solución madre es la
siguiente:
Tabla 3-3. Preparación de las soluciones para la prueba de viscosidad
Fuente: M. Uribe, Los Polímeros: Síntesis y Caracterización. Editorial Limusa. México. 1980.
La preparación de la solución concentrada es como sigue:
Se pesa la muestra en un matraz aforado de 100 ml, se agregan 50 ml
del disolvente, se somete a agitación hasta dilución completa y se afora hasta
la marca con el buffer. Se filtra previo la toma de lecturas.
Concentración de las Soluciones de
polímero
Preparación
3C/4 25 ml de solución C/2 + 25 ml de solución
C
C/2 50 ml de solución C + 50 ml de disolvente
C/4 25 ml de solución C/2 + 25 ml de
disolvente.
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Se inicia la toma de datos, pasando de forma sucesiva las soluciones a
través del capilar y tomando el tiempo de escurrimiento comenzado por el
solvente y terminando con la solución de mayor concentración.
Los datos obtenidos se ingresan en las ecuaciones de Huggins y Kramer;
para así obtener la viscosidad reducida (ηred) y la viscosidad inherente (ηinh),
respectivamente.
Ec. 3.2 Recta de Huggins:
Ec. 3.3 Recta de Kramer:
Donde:
[η] : viscosidad intrínseca
ηsp: Viscosidad especifica
ηr: Viscosidad relativa
C: concentración del polímero en la solución
K1: constante de Huggins
K2: Constante de Kramer
Una vez que se obtiene la viscosidad intrínseca, ésta se emplea para
determinar el peso molecular promedio a través de la relación empírica de Marc
– Houwink:
Ec. 3.4 Ecuación General de Mark – Houwink:
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Donde:
K: Constante característica del polímero disolvente
a: Constante que depende del sistema polímero - disolvente y de como este
ultimo penetra en la molécula.
M: Peso molecular promedio viscosimétrico.
Esta determinación, se realiza tanto para el biopolímero de origen
comercial, como para el obtenido en nuestro proceso.
3.3. Elaboración de las películas comestibles
Para la elaboración de las películas comestibles se ha tomado como
referencia los métodos expuestos por S. Chillo et al., entre otros estudios. Así
se exploro formulaciones con los siguientes componentes: quitosano, almidón y
glicerol.
3.3.1. Preparación de las soluciones formadoras de película
En este apartado se describe el procedimiento seguido para preparar las
fórmulas para estudio, lo cual incluyo preparación de las soluciones de
quitosano y de almidón para su posterior mezcla.
a) Preparación de la solución de quitosano
Se siguió de forma general el siguiente procedimiento:
Se prepara una solución de ácido acético al 1% p/V, la cual se emplea
para disolver el quitosano. Luego se pesa 1,5 gramos de quitosano por cada
100 gramos de solución a preparar.
Se vierte el ácido acético para obtener una solución al 1,5 % p/p. Se agita
durante dos horas con agitador magnético a una velocidad media.
Previo a la mezcla con la solución de almidón, se somete a
calentamiento durante una hora a una temperatura de 80°C.
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b) Preparación de la solución de almidón:
Se pesa 4 gramos de almidón por cada 100 gramos de solución a
preparar.
Se completa la solución agregando 96 gramos de agua, se agita y se
somete a calentamiento por 30 minutos, a una temperatura de 85°C, esto
tomando como referencia lo citado por Li-Ting Liu.
c) Preparación de las fórmulas:
Para la presente investigación se estableció las siguientes formulaciones,
preparadas a partir de soluciones de quitosano al 1,5% p/p y de almidón al 4%
p/p.
Tabla 3-4. Composición de las soluciones formadoras de película Fórmula Componentes
(porcentaje peso/ peso)
Solución de Quitosano Solución de almidón
A 30 % 70%
B 70% 30%
C 50% 50%
Desde un inicio de la investigación se estableció el uso de un
plastificante, para nuestro caso el glicerol. Para definir la concentración más
óptima requerida se prepararon las fórmulas con las composiciones arriba
mencionadas y se realizo la agregación del plastificante en las siguientes tres
proporciones por cada 100 gramos de formula: 0,5%, 1% y 1,5%.
Las formulas preparadas se vertieron en cajas Petri y se formaron
películas, las cuales se analizo su característica de forma visual y su facilidad
de retiro de la superficie. Los resultados se muestran en el respectivo acápite
dentro de este capitulo.
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De forma general las soluciones formadoras de película se preparan
realizando la mezcla de las soluciones de quitosano y almidón en caliente, de
acuerdo a la proporción en peso establecida para cada una. Se realiza la
adición de glicerol en una relación de 1,5% peso/100 g de solución mezcla.
3.3.2. Caracterización de las soluciones y las películas
Las soluciones formadoras de películas se caracterizaron en función de
su densidad, viscosidad absoluta y contenido de sólidos. Por otro lado las
películas que se obtienen a partir de las soluciones se caracterizan por su
espesor y permeabilidad al vapor de agua.
También se estudia el efecto de la aplicación de las películas sobre un
fruto de estudio (fresa – fragaria vesca), en condiciones de almacenamiento.
3.3.2.1. Determinación de la densidad
Para determinar la densidad de las soluciones, se emplea un picnómetro
previamente limpio y seco. En éste se toma un volumen de 5 ml de solución y
se mantienen a temperatura constante de 25°C.
Previo a la toma de la muestra, se pesa en conjunto el picnómetro vacío y
se vuelve a pesar cuando esta con la solución. Por diferencias de peso y en
relación al volumen conocido se obtiene el valor de la densidad.
3.3.2.2. Determinación de la carga de sólidos
Para determinar la carga de sólidos de cada una de las soluciones de
estudio, se toma un gramo de muestra sobre una caja Petri de la cual se
conoce su peso. La toma de pesos, tanto de la muestra como del soporte se
realiza en una balanza analítica.
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Se seca la muestra en estufa durante 2 horas a una temperatura de
60°C. Posterior a esto se deja enfriar y se toma el peso de la muestra. Por
diferencia de pesos iniciales y finales se obtiene la carga de sólidos
Ec. 3.5 Carga de Sólidos:
Donde:
Peso PlMS: peso de la placa con muestra seca
Peso PlV: peso placa vacía
Peso de la muestra: masa en gramos de la muestra
3.3.2.3. Determinación de la viscosidad absoluta
Para determinar la viscosidad absoluta de las soluciones se emplea el
viscosímetro Stormer, el cual se determina su curva de calibración con un
líquido de viscosidad conocida.
Método:
Se toma la solución y se vierte dentro de la copa del viscosímetro,
llenándola hasta las pestañas de aforo.
Se coloca en cero el tacómetro y se revisa que la piola de la polea que
sujeta el peso, esta correctamente envuelta.
Se comienza a tomar el tiempo de caída del peso sujeto a la polea, una
vez que se retira el seguro para 100 revoluciones marcadas en el tacómetro.
Se toma varias repeticiones, para obtener un tiempo de caída promedio.
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3.3.2.4. Determinación de la permeabilidad al vapor de agua
Para poder realizar las determinaciones de permeabilidad al vapor de
agua, es preciso obtener películas por moldeo y tomar su espesor, esto como
dato importante en las estimaciones de permeabilidad.
Para determinar la permeabilidad al vapor de agua, según lo dicta la
Norma ASTM E96, se requiere de una celda de permeación en condiciones
controladas de húmedas y temperatura, la cual se pesa a través del tiempo
para obtener el peso ganado o perdido por la celda (técnica gravimétrica).
Para efectuar esta prueba se requiere cumplir con las siguientes etapas:
a) Formación de películas por moldeo: Para determinar el volumen
adecuado para formación de las películas se vertieron distintos cantidades
sobre cajas Petri de 8.5 cm de diámetro y se analizó el tiempo adecuado de
secado.
Las pruebas consistieron en lo siguiente:
Se tomo con una jeringa 5, 15 y 25 mililitros de solución formadora de
película y se vertieron sobre las cajas Petri. Se probaron dos métodos de
secado, uno a temperatura ambiente y otro en estufa a una temperatura de
60°C con velocidad media de flujo de aire.
Los comentarios generales de la ejecución de estas pruebas se
mencionan a continuación:
Tabla 3-5. Observaciones del proceso de secado Volumen de prueba Secado en estufa a 60°C Secado a temperatura
ambiente por 48 horas
5 ml Buena formación de las películas, en menor tiempo
Culminado este tiempo, solo los bordes han secado no hay formación del film. 15 ml
25 ml
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b) Espesor: El espesor de las películas formadas se tomo a través de un
micrómetro digital, tomándose lecturas 8 puntos del área de la película.
c) Cámara de ambientación y celdas de permeación: De acuerdo a la
técnica de la ASTM E96, se requiere de una cámara de ambientación que
cumpla con las condiciones de humedad y hermeticidad apropiadas.
En nuestro caso se escogió un desecador de gran volumen como cámara
de ambientación, en la cual se ensayo dos vías para la determinación de la
permeabilidad al vapor de agua. Las vías que se probaron fueron, la primera
colocando sílica gel previamente tratada en el interior de la cámara de
ambientación y dejando en el interior de las celdas agua. La segunda consistió
en colocar agua en el interior de la cámara y dejando en el interior de la celda
la sílica previamente tratada.
Para determinar las condiciones de humedad en el interior de la cámara
se empleo un termohigrómetro calibrado.
En esta etapa se procede también a armar las celdas de permeación,
para lo cual se debe tener en cuenta garantizar hermeticidad de las mismas
durante las pruebas. Por esto las películas al colocarse sobre las celdas, se
deben sellar en los bordes con silicona, teniendo en el borde exterior cinta
autoadhesiva para garantizar la fijación del material de estudio.
Terminado el armado de la celda, se procede a colocarlas en el interior
de la cámara de ambientación, habiéndose tomado el peso inicial de estas. Se
deja alcanzar el equilibrio controlándose el nivel de humedad.
Luego de dos horas se inicia la toma de pesos cada hora hasta obtenerse
al menos 10 datos durante el periodo de prueba.
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Los datos obtenidos se procesan para ingresarse en las respectivas
formulas de permeabilidad, las mismas que consideran los ajustes propuestos
por MacHugh et al., que se presentan a continuación:
Ec. 3.6 Índice de transferencia del vapor de agua WVTR:
Donde:
B: pendiente de la curva de ganancia de peso contra el tiempo
A: área expuesta de la celda de permeación.
Ec. 3.7 Permeanza :
Donde:
PA2: presión sobre la película que ejercen las condiciones de la cámara
ambienta, kPa.
PA1: presión a la cual esta sujeta la película al interior de la cámara de
prueba, kPa
Ec. 3.8 Determinación de la presión al interior de la cámara de prueba:
Donde:
PA0: presión parcial del vapor de agua en el interior de la celda
R: constante universal de los gases
T: temperatura experimental en K
Z: diferencia de altura ΔZ de aire estancado entre la película y el
desecante
D: difusividad a la T experimental en m/s
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Luego de obtenida la información anterior se realiza como último paso el
cálculo de la permeabilidad al vapor de agua como sigue:
Ec. 3.9 Permeabilidad al vapor de agua:
3.3.2.5. Aplicación del recubrimiento sobre una fruta:
El presente trabajo de investigación contempla el análisis de la aplicación
del recubrimiento comestible formulado sobre una fruta de prueba para lo cual
se siguieron los siguientes pasos
Se escogió para la aplicación de las soluciones formadoras de películas,
frutillas adquiridas en el mercado local. Estas se seleccionaron teniendo en
cuenta que no presenten ningún daño físico o microbiológico, o que se
encuentren en una etapa de madurez avanzada.
Las frutillas seleccionadas se lavaron y desinfectaron con una solución de
cloro.
Se procedió a su sumersión en las soluciones de quitosano almidón, por
un lapso de 10 segundos. Se las deja escurrir por unos segundos y se colocan
sobre las bandejas para secado.
Se realizo la aplicación para obtener una y dos capas de aplicación.
En esta etapa se probó dos vías de secado, siendo estas:
1) dejar secar la fruta luego de su aplicación en aire ambiente
2) Colocar en estufa a temperatura de máximo 27°C con flujo de aire.
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Una vez seco los recubrimientos se colocaron en contenedores de
polietileno perforado con su respectiva identificación. Se las almaceno a 4°C
con una humedad relativa de 80%.
Durante 15 días se observo los cambios físicos durante el
almacenamiento, determinándose que estos pueden ser reportados cada 48
horas.
Por otro lado se realizaron tomas de peso de las muestras en
almacenamiento, determinándose que estos datos deben tomarse de forma
diaria.
3.4. Resultados de la fase preparatoria.
En este apartado se presentan los resultados más importantes obtenidos
durante la fase preparatoria. Estos permiten especificar los procedimientos
definitivos, bajo los cuales se obtendrán los resultados para análisis y
discusión.
3.4.1. Obtención de quitosano
Del proceso ejecutado para la obtención del quitosano se muestran los
resultados de aquellas variables que se sometieron a estudio.
3.4.1.1. Desmineralización:
La etapa de la desmineralización y la forma en que esta se efectúe, tiene
grandes efectos sobre la calidad del quitosano obtenido. Los resultados de las
variables estudiadas en esta etapa se muestran a continuación, considerando
que las condiciones para la desproteinización y desacetilación, se mantuvieron
de acuerdo a los procedimientos descritos para cada una de ellas.
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1) Relación óptima peso muestra/ volumen de solución ácida:
Se analizó tres relaciones de peso muestra/ volumen de solución con
los siguientes resultados.
Tabla 3-6. Resultados de las observaciones al tratamiento de desmineralización
Relación pm/ V* Observaciones
1:1 No ejerce el efecto suficiente que permita obtener el
quitosano en las siguientes etapas. Descalcificación pobre.
Eliminación de CO2 baja.
1:2
No ejerce el efecto suficiente que permita obtener el
quitosano en las siguientes etapas. Se observa una mayor
eliminación de CO2, pero no la suficiente que indique una
mayor eliminación del carbonato de calcio.
1:10 Más efectiva. Se observa una mayor liberación de
espumas. La solución residual que se elimina luego del
proceso muestra una mayor concentración de color. El
sólido obtenido al tratarse en las siguientes etapas mostro
reacción positiva de solubilidad en medio ácido, siendo
indicativo de la conversión a quitosano.
*Concentración de ácido empleada: 1,5 N.
De lo antes expuesto, la relación 1:10 peso muestra a solución ácida,
mostro el mejor resultado, que permitió continuar con el proceso de obtención
del quitosano. Con esta relación se continúo en las etapas subsecuentes.
2) Concentración de solución ácida y condiciones para efectuar la
desmineralización:
Se realizo el análisis de la concentración de ácido más óptima para el
tratamiento, teniendo en cuenta que en la desmineralización se requiere
eliminar el CaCO3, lo que permita que la quitina tenga una mejor reacción en la
etapa de desacetilación.
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Los resultados de las variaciones de concentración de ácido y del tiempo
de contacto se muestran a continuación:
Tabla 3-7 Efecto de la concentración de HCl, sobre el producto obtenido luego de efectuada todas las etapas de tratamiento
Prueba Concentración Tiempo de
contacto a
Grado de
liberación
de CO2 b
Observación del grado de
solubilidad c
1 1,5 N 0,5 h 2 No se observa
solubilización del producto
obtenido luego de haberse
agregado a la solución
ácida de prueba.
2 1 h 2 No se observa
solubilización del producto
obtenido luego de haberse
agregado a la solución
ácida de prueba.
3 2 N 0,5 h 3 Se observa formación de
pequeños geles pero es
mayor la presencia de
sólidos (producto obtenido)
sin disolver
4 1 h 3 Se observa formación de
geles pero es mayor la
presencia de sólidos sin
disolver
5 3 N 0,5 h 4 Se observa solubilización
del sólido (polvo obtenido).
La solución se torna
ligeramente viscosa. Aun se
observa presencia de
sólidos sin disolver
6 1 h 4 Se observa solubilización
total del sólido (polvo
obtenido). La solución se
torna viscosa. En un inicio
se observa la formación de
pequeños geles
7
4 N
0,5 h 4 Se observa solubilización
de la mayor parte del sólido
obtenido en el proceso. La
solución se torna viscosa.
Se observa sólidos sin
disolver sedimentados.
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Prueba Concentración Tiempo de
contacto a
Grado de
liberación
de CO2 b
Observación del grado de
solubilidad c
8 1 h 4 Se observa solubilización
total del sólido obtenido en
el proceso. La solución se
torna viscosa. En un inicio
se observa la formación de
pequeños geles
a: El tiempo de contacto se contabilizo culminada la adición de la solución ácida.
b: Determinación por análisis sensorial basada en la observación de liberación de espuma. Muy Baja=1;
Bajo = 2; Mediano= 3; Alto=4; Muy alto=5.
c: La observación de solubilidad se realizó culminado todo el proceso de obtención de quitosano. La
prueba se baso en visualización de presencia de sólidos luego de 48 horas de preparadas las soluciones
al 1% en ácido clorhídrico 0,3 N.
Los resultados en la tabla mostrados, indican que los tratamientos en los
que se emplea HCL de concentración 3 N y 4N son los mas efectivos para la
obtención de quitosano. De estos el tiempo de contacto de 1 hora es el más
eficaz para todo el proceso.
3.4.1.2. Caracterización del quitosano
Aquí se expone los resultados de las pruebas exploratorias para afinar
los métodos de caracterización del quitosano.
1) Determinación del grado de desacetilación
Debido a que no existe un método estandarizado para la determinación
del grado de desacetilación del quitosano, en el sentido de la concentración de
hidróxido de sodio mas apropiada para la titulación, en la etapa exploratoria se
trabajo con don concentraciones: 0,08 N y 0,1 N.
De esto se determino que la concentración de 0,1 N, previamente
estandarizada con un patrón primario, es la más viable, puesto que el
consumo de solución titulante es menor y al efectuarse las lecturas de pH,
cada 2 mililitros de álcali añadido, permite una mejor observación del proceso
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siendo más fácil determinar el punto en el cual el quitosano precipita. Esto se
corroboro sucede en un intervalo de pH de 6 a 7.
Durante la prueba exploratoria, se aplicó el método tanto para el
quitosano comercial de referencia, como para el obtenido en nuestro proceso.
Cabe indicar que del primero, se conoce con antelación, su grado de
desacetilación (77%)
Análisis de muestra quitosano comercial:
Se analizó una alícuota de 25 ml de solución de quitosano comercial, los
resultados se observan a continuación.
Tabla 3-8. Titulación del Quitosano Comercial frente a Hidroxido de sodio
ml NaOH pH solución dpH/dV
0 1,06 0
12 1,06 0
24 1,17 0,00917
36 1,32 0,0125
44 1,44 0,015
52 1,62 0,025
62 1,98 0,05
64,5 2,16 0,072
66 2,32 0,10667
67 2,47 0,15
68 2,71 0,24
70 4,67 0,98
72 5,3 0,315
74 5,77 0,235
76 6,08 0,155
78 7 0,46
80 8 0,5
82 10,85 1,425
84 11,28 0,215
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Gráfico 3.1. Curva de titulación del quitosano frente al Hidróxido de sodio
y determinación de la primera derivada (grafica superior)
Los datos de máximos y mínimos de la curva de titulación se ingresan en
la formula de Grado de Desacetilación
Análisis de muestra quitosano obtenido en prueba #6
Para el análisis se empleo un volumen de muestra de 10 ml. El grado de
desacetilación obtenido a partir de la grafica de titulación y la aplicación de la
fórmula, se muestra a continuación:
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Gráfico 3.2. Curva de titulación del quitosano obtenido en laboratorio,
frente al Hidróxido de sodio y determinación de la primera derivada (gráfica superior)
Análisis de muestra quitosano obtenido en la prueba #8
Para el análisis se empleo un volumen de muestra de 10 ml. El grado de
desacetilación obtenido se muestra a continuación:
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Gráfico 3.3. Curva de titulación del quitosano obtenido en laboratorio,
frente al Hidróxido de sodio y determinación de la primera derivada (grafica superior)
Como se observa, existe un grado de diferencia pequeño entre el grado
de desacetilación de los quitosanos extraídos a condiciones de concentración
de HCl, 3 N y 4 N respectivamente. Por lo cual, se escogió la concentración de
HCL 3N para efectuar las extracciones del material de estudio, para la etapa
definitiva.
Así las condiciones definitivas para la extracción de quitosano son como
sigue:
Obtención de quitosano y su aplicación
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Tabla 3-9. Condiciones finales para la extracción de quitosano
*p/V: relación peso muestra a volumen de solución de reactivo a emplearse.
2) Determinación del peso molecular promedio viscosimétrico.
Las acotaciones más importantes sobre la aplicación de este método de
caracterización se mencionan aquí, considerando que esta se ejecuto sobre el
quitosano comercial disponible.
De las concentraciones probadas para ejecutar el método, la de 0,25%
p/v, resulto las más manejable dado que la viscosidad era más baja y al
graficarse los resultados, estos generaron una línea recta, que se ajustaba a
los criterios de aplicación de las ecuaciones de Huggins y Kramer.
Análisis de muestra quitosano comercial
De acuerdo a lo antes expuesto y según el procedimiento explicado en el
respectivo método, se procedió a tomar los tiempos de caída de cuatro
soluciones con diferentes concentraciones de polímero. De los tiempos de paso
a través del capilar se dedujeron los resultados mostrados a continuación.
Etapa Concentración de Reactivo
Relación p/V *
Tiempo de contacto
Temperatura de
tratamiento
Desmineralización HCl 3 N 1:10 1 hora Ambiente
Desproteinización NaOH 5% p/V 1:10 2 horas 90 ± 3 °C
Desacetilación NaOH 50 % p/p 1:10 2,5 horas 100 ± 5 °C
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Tabla 3-10 Tiempos de caída y viscosidades de las muestras de soluciones de quitosano Comercial
Determinación del peso molecular promedio viscosimétrico
Ecuación MHSK
Donde: K = 0,076 y a= 0,76 (Constantes de Rinaudo et al)
Mv =2,42 E+05 g/mol
Mv =242 kDA
La gráfica de viscosidad con la cual se realizó los cálculos anteriores se
muestra a continuación y representa las rectas de Huggins y Kramer
Parámetros Solvente C/4 C/2 3C/4 C
Concentraciones g/cm3
0 0,0006425 0,001285 0,0019275 0,00257
Concentraciones g/dl
0 0,064250 0,128500 0,192750 0,25700
0
Tie
mp
o d
e c
aíd
a t1 68,64 125,89 231,63 356,59 545,77
t2 68,88 125,61 232,63 359,63 543,91
t3 69,30 125,46 232,92 359,11 540,69
t4 69,03 126,15 232,94 359,65 537,56
Tiempo promedio 68,96 125,78 232,53 358,74 541,98
vis
co
sid
ad
es ηr = t/to
1,8238 3,3718 5,2020 7,8590
ηsp = nr -1 0,8238 2,3718 4,2020 6,8590
ηred = ηsp/c 12,8224 18,4579 21,8002 26,6888
ηinh = ln nr/c 9,3532 9,4588 8,5553 8,0220
Intersecto 8,707 Recta de Huggins
10,072 Recta de Kramer
[η] intrínseca
9,3895 dl/g
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Gráfico 3.4 Rectas de viscosidad reducida y aparente, obtenidas de
soluciones de quitosano comercial
3.4.2. Elaboración de las películas comestibles
Dentro de este ítem, se hace mención a los parámetros más importantes
que definen la ejecución de las pruebas en la etapa definitiva.
1) Preparación de las soluciones formadoras de película
Un componente importante en la formulación de las películas
comestibles, es la cantidad de plastificante empleado. En este sentido se
analizo de forma sensorial, el efecto de la concentración del glicerol en la
formula, resultados que se exponen a continuación.
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Tabla 3-11 Observaciones del efecto de la concentración de glicerol en la formulación.
Prueba *Porcentaje de glicerol
Observación
1 0,5% Se forma la película, pero esta es rígida. Tiende a quebrarse al retirarse de la superficie de moldeo.
2 1 % Se forma la película. Se observa menos rigidez y una textura más suave. Tiende a quebrarse al retirarse de la superficie de moldeo.
3 1,5 % Se forma la película. Se puede retirar con facilidad de la superficie de moldeo. Se observa una mayor flexibilidad en la película. Facilidades para su manejo.
4 2 % Se forma una película muy flexible, pero tiende a romperse en el manipuleo. Se desprende con facilidad.
*Porcentaje presente por cada 100 gramos de formula.
De las observaciones realizadas se determino el uso de una
concentración de glicerol de 1,5% p/p en cada solución formadora de película.
3.4.2.1. Caracterización de las películas
1) Determinación de la viscosidad absoluta
Para determinar la viscosidad absoluta de las soluciones formadoras de
película, se empleo un viscosímetro Stormer. Durante la etapa exploratoria se
realizó la calibración del equipo obteniéndose la respectiva curva que nos
permitió determinar la viscosidad de las soluciones de estudio.
A continuación la curva de calibración obtenida a 26 °C, con glicerol
como líquido de prueba.
Ec. 3.10 Ecuación de calibración del Viscosímetro Stormer:
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2) Formación de las películas por moldeo
Para obtener las películas por moldeo, se probaron tres volúmenes
distintos de solución, las cuales se vertieron sobre las cajas Petri (molde) y se
secaron a 50°C por seis horas. Se obtuvo lo siguiente:
Tabla 3-12 Observaciones al proceso de formación de las películas
Volumen de prueba Observaciones
5 ml Se forma la película, pero es demasiada fina como para removerse. Se rompe al desprenderse de la superficie de moldeo.
15 ml Se forma la película. Es bastante fina por lo que tiende a romperse cuando se la retira de la superficie de moldeo.
25 ml Se forma una película de buena consistencia. Se retira fácilmente y es fácil para su manipulación.
Foto 3.1 Película obtenida por moldeo
En base a las observaciones realizadas se determinó que el volumen
más factible para formar las películas es el de 25 ml.
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3) Preparación del método para la determinación de la permeabilidad
al vapor de agua
En la determinación de la permeabilidad al vapor de agua, un factor de
control muy importante es el porcentaje de humedad a la cual se lleva a cabo la
prueba.
Por esta razón se realizó controles de ambientación internos de la
cámara de prueba colocando en su interior agua (primer método) y luego sílica
gel (segundo método). En la realización del segundo método se logro alcanzar
una humedad relativa del 0% pero una vez que se colocaron las celdas de
permeación esta humedad subía hasta un 50% porciento, siendo más complejo
lograr el equilibrio. En cambio, con la aplicación del primer método, se obtuvo
una humedad de 97% a 23 °C, la cual descendió a un 77% luego de colocar las
celdas de permeación.
Ante estos resultados se escogió el primer método, es decir colocar el
agua en la cámara de ambientación y la sílica gel (secado en estufa durante 6
horas a 110°C) en el interior de las celdas de permeación, dado que esta
mostro crear un ambiente de 0% de humedad en el interior de la celda.
En necesario mencionar que se tomo como celdas de permeación
pequeños envases de acrílico sobre las cuales se coloco las películas,
previamente acondicionadas en una cámara con humedad del 50%, durante 72
horas.
4) Aplicación del recubrimiento sobre frutas.
El resultado más importante a mencionar en este apartado es el proceso
de aplicación de las soluciones formadoras sobre el alimento de prueba. Para
ello, se analizo el método de secado más conveniente para las frutas a tratar;
determinándose que este se debe realizar con flujo de aire a 27°C.
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CAPITULO 4.
4. FASE DE PRUEBAS DEFINITIVAS
En este apartado se describen los procedimientos definitivos que se
siguieron, a fin de obtener los resultados finales para su análisis y discusión,
los mismos que se encuentran el capitulo que sigue al presente. Esto basado
en los datos obtenidos durante la fase de pruebas preliminares.
4.1. Obtención del quitosano a partir del exoesqueleto de cangrejo
4.1.1. Acondicionamiento de la materia prima:
El desecho del cangrejo recolectado de restaurantes de la ciudad de
Guayaquil, se sometió a clasificación y limpieza con abundante agua. El
material obtenido se seco a 70 °C. Posterior a esto, se realizo la molienda en
un molino domestico, obteniéndose un polvo de entre 100 a 200 µm.
4.1.2. Desmineralización:
Se pesa 10 gramos de muestra, y se añade 100 ml de una solución de
HCL 3 N. La agregación se hace de forma lenta y con agitación, para controlar
la espuma que se genera a causa de la liberación de CO2.
Terminada la adición de la solución ácida se deja en agitación constante
durante una hora.
Luego se realiza lavados sucesivos de la muestra con agua
desmineralizada hasta obtener un pH neutro, eliminándose el sobrenadante.
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Foto 4.1 Liberación de CO2 por la adición de HCL.
4.1.3. Desproteinización:
Se coloca la muestra en un vaso de precipitados y se añade hidróxido de
sodio al 5% p/v, en una proporción de muestra: solución de álcali 1:10. Se
somete a calentamiento a 90°C, manteniéndose esta temperatura en un rango
de variabilidad de ± 3°C, durante dos horas, con agitación constante.
Se realizan de dos a tres lavados sucesivos con agua desmineralizada,
a fin de eliminar los sobrenadantes y las proteínas precipitadas. No es
necesario alcanzar la neutralidad del medio.
Foto 4.2 Calentamiento de las muestras durante la
desproteinización
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4.1.4. Deacetilación:
Se continúa el tratamiento agregando sobre la muestra, una solución de
hidróxido de sodio al 50% p/p en una proporción de 1:10 muestra: volumen de
solución de álcali.
Se somete a calentamiento con agitación constante durante 2,5 horas, a
una temperatura de 100° C con rango de variabilidad de ± 5°C.
Se deja reposar por 15 minutos y se lava sucesivamente la muestra con
agua desmineralizada hasta obtener ph neutro.
Se elimina el sobrenadante, filtra, seca y pesa la muestra obtenida.
4.1.5. Caracterización del quitosano
4.1.5.1. Determinación del Grado de Deacetilación
Se prepara una solución de quitosano al 1% p/v en HCl 0.3 N.
Se toma una alícuota de la solución de estudio y se titula con NaOH 0,1
N, previamente estandarizado con ftalato ácido de potasio.
En una fiola que contiene la solución de quitosano, se va agregando el
hidróxido de sodio en una proporción de 2 ml por cada lectura de pH que se
realiza.
Con agitación constante, se realiza la adición hasta observar que la
solución precipite en forma de agregados gelatinosos. Este es uno de los
puntos de inflexión buscado y que debe ocurrir en un rango de pH de 6 a 6,5.
Los datos tomados durante la prueba se trasladan a una grafica de pH de
la solución versus cantidad de álcali añadido. Los puntos de inflexión se
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determinan bajo el criterio de la primera derivada y se ingresan en la fórmula
para determinar el grado de deacetilación, citada en el capitulo anterior.
4.1.5.2. Determinación del peso molecular promedio.
En la determinación del peso molecular promedio, se utilizo un
viscosímetro capilar Cannon Fenske No. 100, el mismo que se sumergió en un
baño termostático de aceite mineral, ajustado para realizar las mediciones a 27
°C.
Se prepararon 3 soluciones de quitosano (C/2, 3C/4, C/4), a partir de una
solución madre de concentración C, para nuestro caso esta concentración es
de 0,25 % p/V. Como solvente se emplea una solución buffer Acetato de Sodio
0.2 M/ Ácido Acético 0.3 M.
La preparación de la solución concentrada es como sigue: Se pesa la
muestra en un matraz aforado de 100 ml, se agregan 50 ml del disolvente, se
somete a agitación hasta dilución completa y se afora hasta la marca con el
buffer.
Las demás soluciones para estudio se preparan de la siguiente forma:
Solución de concentración 3C/4: 25 ml de solución C/2 + 25 ml de solución C.
Solución de concentración C/2: 50 ml de solución C + 50 ml de disolvente.
Solución de concentración C/4: 25 ml de solución C/2 + 25 ml de disolvente.
Previa la carga de las soluciones en los capilares, están se filtran a fin de
evitar cualquier obstrucción en el instrumento de medición.
Se inicia la toma de datos, pasando de forma sucesiva las soluciones a
través del capilar y tomando el tiempo de escurrimiento comenzando por el
solvente y terminando con la solución de mayor concentración.
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Con la información obtenida se obtienen las viscosidades reducidas e
inherentes a partir de las ecuaciones de Huggins y Kramer, respectivamente.
De estas relaciones, por medio de extrapolación, se obtiene la viscosidad
intrínseca
Una vez que se obtiene la viscosidad intrínseca, ésta se emplea para
determinar el peso molecular promedio a través de la relación empírica de Marc
– Houwink.
Foto 4.3 Equipo: Baño termostático Cannon, empleado en las determinaciones de viscosidades reducidas e inherentes.
4.2. Aplicación del quitosano en recubrimientos comestibles en mezcla
con almidón
De acuerdo a lo referido en la distinta bibliografía, el quitosano obtenido
en nuestro proceso se empleo para elaborar soluciones formadoras de
películas comestibles de tipo “composite” en conjunto con almidón y glicerol
como plastificante.
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4.2.1. Preparación de las soluciones formadoras de película
En este apartado se describe el procedimiento seguido para preparar las
fórmulas para estudio, lo cual incluyo preparación de las soluciones de
quitosano y de almidón para su posterior mezcla.
a) Preparación de la solución de quitosano
Se siguió de forma general el siguiente procedimiento:
Se prepara una solución de ácido acético al 1% p/V, la cual se emplea
para disolver el quitosano.
Se pesa 1,5 gramos de quitosano por cada 100 gramos de solución a
preparar.
Se vierte el ácido acético al 1 % p/v, para obtener una solución al 1,5 %
p/p. Se agita durante dos horas con agitador magnético a una velocidad media.
Previo a la mezcla con la solución de almidón, se somete a
calentamiento durante una hora a una temperatura de 80°C.
b) Preparación de la solución de almidón:
Se pesa 4 gramos de almidón por cada 100 gramos de solución a
preparar.
Se completa la solución agregando 96 gramos de agua, se agita y se
somete a calentamiento por 30 minutos, a una temperatura de 85°C.
c) Preparación de las fórmulas:
Para la presente investigación se estableció las siguientes formulaciones,
preparadas a partir de soluciones de quitosano al 1,5% p/p y de almidón al 4%
p/p.
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Tabla 4-1 Relaciones de composición para soluciones formadoras de película.
Fórmula Componentes (porcentaje peso/ peso)
Sol. de Quitosano Sol. de almidón Glicerol*
A 30 % 70% 1,5%
B 70% 30% 1,5%
C 50% 50% 1,5%
*Contenido por cada 100 gramos de mezcla de almidón – quitosano.
Las soluciones formadoras de película se preparan realizando la mezcla
de las soluciones de quitosano y almidón en caliente, de acuerdo a la
proporción en peso establecida para cada una. Se realiza la adición de glicerol
en una relación de 1,5% peso/100 g de solución mezcla.
4.2.2. Caracterización de las soluciones y las películas
Las soluciones formadoras de películas se caracterizaron en función de
su densidad, viscosidad absoluta y contenido de sólidos. Por otro lado, las
películas que se obtienen a partir de las soluciones de quitosano- almidón, se
caracterizan por su espesor y permeabilidad al vapor de agua.
También se estudia el efecto de la aplicación de las películas sobre un
fruto de estudio (fresa – fragaria vesca), en condiciones de almacenamiento.
4.2.2.1. Determinación de la densidad
Para determinar la densidad de las soluciones, se emplea un picnómetro
previamente limpio y seco. En éste se toma un volumen de 5 ml de solución y
se mantienen a temperatura constante de 25°C.
Previo a la toma de la muestra, se pesa en conjunto el picnómetro vacío y
se vuelve a pesar cuando esta con la solución. Por diferencias de peso y en
relación al volumen conocido se obtiene el valor de la densidad.
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4.2.2.2. Determinación de la carga de sólidos
Para determinar la carga de sólidos de cada una de las soluciones de
estudio, se toma un gramo de muestra y se vierte sobre una caja Petri de la
cual se conoce su peso. La toma de pesos, tanto de la muestra como del
soporte se realiza en una balanza analítica.
Se seca la muestra en estufa durante 2 horas a una temperatura de
60°C. Posterior a esto se deja enfriar y se toma el peso de la muestra. Por
diferencia de pesos iniciales y finales se obtiene la carga de sólidos
4.2.2.3. Determinación de la viscosidad absoluta
Para determinar la viscosidad absoluta de las soluciones se emplea el
viscosímetro Stormer.
Se toma la solución y se vierte dentro de la copa del viscosímetro,
llenándola hasta las pestañas de aforo. Se ajusta el eje de la paleta agitadora
sumergiéndola en el líquido de estudio, procurando que ésta quede libre
respecto a la superficie del fondo de la copa, y así evitar interferencias durante
la toma de lecturas.
Se coloca en cero el tacómetro y se revisa que la piola de la polea que
sujeta el peso, este correctamente envuelta.
Se comienza a tomar el tiempo de caída del peso sujeto a la polea, una
vez que se retira el seguro, para 100 revoluciones marcadas en el tacómetro.
Se toma varias repeticiones, para obtener un tiempo de caída promedio.
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Foto 4.4 Viscosímetro Stormer
4.2.2.4. Determinación de la permeabilidad al vapor de agua
Para poder realizar las determinaciones de permeabilidad al vapor de
agua, es preciso obtener películas por moldeo y tomar su espesor, esto como
dato importante en las estimaciones de permeabilidad.
Para determinar la permeabilidad al vapor de agua, según lo dicta la
Norma ASTM E96, se requiere de una celda de permeación en condiciones
controladas de húmedas y temperatura, la cual se pesa a través del tiempo
para obtener el peso ganado o perdido por la celda. (Técnica gravimétrica).
Para efectuar esta prueba se requiere cumplir con las siguientes etapas:
a) Formación de películas por moldeo:
Se vertieron 25 ml de cada una de las soluciones de estudio, en cajas
Petri de 8,5 cm de diámetro completamente limpias y secas; las mismas que se
colocaron en una estufa a 50 °C durante 6 horas, para su completo secado.
b) Espesor:
El espesor de las películas formadas se tomo a través de un micrómetro
digital Mitutoyo, tomándose lecturas en 8 puntos del área de la película.
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Foto 4.5 Micrómetro digital empleado en la
experimentación
c) Cámara de ambientación y celdas de permeación:
Se empleo un desecador de gran volumen como cámara de ambientación
la misma que en su interior contenía agua, lográndose alcanzar una humedad
relativa del 77% a 23°C, medidos con un termohigrómetro calibrado al
momento de realizarse la prueba
Por otro lado, se tomo como celdas de permeación pequeños envases
plásticos, sobre los cuales se coloco las películas, previamente
acondicionadas en una cámara con humedad del 50%, durante 48 horas. En el
interior de las celdas se coloco sílica gel previamente acondicionada (secado
en estufa durante 6 horas a 110°C).
Para garantizar hermeticidad de las celdas durante las pruebas, las
películas al colocarse sobre estas, se sellaron en los bordes con silicona,
teniendo en el borde exterior cinta autoadhesiva para garantizar la fijación del
material de estudio.
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Foto 4.6 Desecador empleado como cámara de ambientación
Se procede, luego a colocar las celdas de permeación en el interior de
la cámara de ambientación, habiéndose tomado el peso inicial de estas. Se
deja alcanzar el equilibrio controlándose el nivel de humedad.
Luego de dos horas se inicia la toma de pesos cada hora hasta obtenerse
al menos 10 datos durante el periodo de prueba.
Los datos obtenidos se procesan para ingresarse en las respectivas
formulas de permeabilidad, las mismas que consideran los ajustes propuestos
por MacHugh et al.
4.2.2.5. Aplicación del recubrimiento sobre una fruta:
El presente trabajo de investigación contempla el análisis de la aplicación
del recubrimiento comestible formulado sobre una fruta de prueba para lo cual
se siguieron los siguientes pasos
Se escogió para la aplicación de las soluciones formadoras de películas,
frutillas adquiridas en el mercado local. Estas se seleccionaron teniendo en
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cuenta que no presenten ningún daño físico o microbiológico y que no se
encuentren en una etapa de madurez avanzada.
Las frutillas seleccionadas se lavaron y desinfectaron con una solución de
cloro.
Se procedió a su sumersión en las soluciones de quitosano almidón, por
un lapso de 15 segundos. Se las dejo escurrir por unos segundos y se
colocaron sobre las bandejas para secado.
Se realizo la aplicación para obtener una y dos capas de recubrimiento
comestible, para lo cual luego de cada sumersión se realizo el secado en
estufa con temperatura controlada de 27 °C con flujo medio de aire por 1 hora.
Una vez seco los recubrimientos se colocaron en contenedores de
polietileno perforado con su respectiva identificación. Se las almaceno a 4°C
con una humedad relativa de 80% y se observo los cambios en el aspecto
físico durante el almacenamiento, en un periodo de 15 días.
Foto 4.7 Frutas previo al secado del recubrimiento comestible
Por otro lado se realizaron tomas de peso de las muestras durante este
periodo de almacenamiento, registrándose los datos tomados, los mismos que
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se procesan para obtener el porcentaje de pérdida de peso, empleando la
siguiente fórmula:
Ec. 4.1 Porcentaje de pérdida de peso:
Donde:
Peso inicial: peso de la fruta muestra al inicio del periodo de
almacenamiento
Peso final: peso registrado de la fruta muestra luego de transcurrido un
tiempo de almacenamiento.
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CAPITULO 5.
5. RESULTADOS Y SU ANÁLISIS.
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos de la ejecución de
los procedimientos definitivos citados en el capitulo anterior.
5.1. Obtención del quitosano a partir del exoesqueleto del cangrejo
Del tratamiento aplicado a las muestras de exoesqueleto de cangrejo; por
batch de 15 gramos procesado de manera simultanea; se obtuvo un peso de
quitosano seco de entre 2,22 a 2,46 gramos. Esto genera un rendimiento
promedio de 15,58%. Este porcentaje se encuentra entre los rangos reportados
por otros investigadores a partir de muestras de exoesqueleto de crustáceos de
características similares.
El peso total obtenido de los lotes tratados de manera simultanea, fue de
9,35 gramos.
5.1.1. Grado de deacetilación:
En este sentido, como patrón de calidad, se determino el grado de
acetilación de una muestra de quitosano comercial por medio del método
potenciométrico descrito con anterioridad. Este arrojo los siguientes resultados
sobre una muestra de 0,215 gramos solubilizada en solución de ácido
clorhídrico.
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Tabla 5-1 Titulación solución quitosano comercial frente al hidróxido de sodio y
aplicación del criterio de la primera derivada
ml NaOH pH solución dph/dV
0 1,06 -0,002
10 1,04 0,008
20 1,12 0,011
30 1,23 0,015
40 1,38 0,019
50 1,57 0,025
60 1,88 0,05
62 1,98 0,065
64 2,11 0,105
66 2,32 0,15
67 2,47 0,24
68 2,71 0,98
70 4,67 0,315
72 5,3 0,235
74 5,77 0,165
76 6,03 0,455
78 6,94 0,53
80 8 1,395
82 10,79 0,21
84 11,21
Gráfico 5.1 Curva de titulación del quitosano frente al hidróxido de sodio y determinación de la primera derivada (grafica superior).
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
Secció
n:
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RC
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IME
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AL
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De los puntos de inflexión obtenidos en las graficas, se obtiene lo
siguiente
Por otro lado, el quitosano obtenido en nuestro proceso alcanzo un
grado de deacetilación de 85,14%, determinado mediante el método
potenciométrico habiendo arrojado los resultados mostrados en la tabla 5-2 y
con los cuales se grafico la respectiva curva de titulación.
De los puntos de inflexión determinados en los respectivos gráficos, se
obtiene lo siguiente:
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
Secció
n:
MA
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Tabla 5-2 Titulación de la solución del quitosano obtenido en nuestro proceso y
aplicación del criterio de la primera derivada
ml NaOH pH solución dpH/dV
0 0,94 -0,010
2 0,92 0,014
10,1 1,03 0,020
20 1,23 0,036
30,2 1,6 0,050
32 1,69 0,076
34,5 1,88 0,119
36,1 2,07 0,195
38 2,44 0,950
39 3,39 1,170
40 4,56 0,341
42,2 5,31 0,383
44 6 0,120
46 6,24 0,100
48 6,44 0,280
50 7 3,530
51 10,53 0,580
52 11,11 0,250
53 11,36
Gráfico 5.2 Curva de titulación del quitosano obtenido en nuestro proceso, frente al hidróxido de sodio y determinación de la primera derivada (grafica
superior).
Obtención de quitosano y su aplicación
En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
Secció
n:
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Como se puede observar, el tratamiento aplicado a nuestra fuente
alternativa para obtención del quitosano, permite obtener un producto con un
alto grado de acetilación, característica importante para el objeto de aplicación
del presente trabajo
Durante el desarrollo de la etapa experimental definitiva, se obtuvo un
análisis por espectrometría de infrarrojo (FTIR) tanto de la muestra comercial
como de la obtenida en nuestro proceso, el mismo que se muestra en el
siguiente gráfico.
Gráfico 5.3 Espectros IR de una muestra de quitosano comercial y del quitosano obtenido en nuestro proceso.
Como se observa, el espectro del quitosano obtenido en nuestro trabajo
experimental tiene características muy parecidas que el quitosano comercial;
notándose diferencias en el segmento de longitud de onda de 1000 cm-1.
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En recubrimientos comestibles en mezcla con almidón.
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5.1.2. Determinación del peso molecular promedio viscosimétrico
Del método viscosimétrico aplicado para obtener el peso molecular
promedio tanto de la muestra de quitosano comercial como del quitosano
obtenido en nuestro proceso, se obtuvieron en primera instancia las
viscosidades reducidas e inhenrentes, según las relaciones de Huggins y
Kramer respectivamente. Este fue el punto de partida para poder aplicar la
relación de Mark Houwink Sakurada, que expresa que la viscosidad de un
polímero en polidispersión, tiene relación directa con su conformación y por
ende con su peso molecular.
a) Análisis de quitosano muestra comercial:
El análisis de la muestra comercial, dio indicios de como tratar el
quitosano obtenido en nuestro proceso para la aplicación de este análisis. Los
resultados obtenidos durante la corrida se muestran a continuación.
Tabla 5-3 Parámetros de cálculo de las viscosidades según Huggins y Kramer, a partir de los tiempos de caída de varias soluciones de
biopolímero. Parámetros Solvente C/4 C/2 3C/4 C
Concentraciones g/cm3
0,0006 0,0013 0,0019 0,0025
Concentraciones g/dl
0,0633 0,1265 0,1898 0,2530
Tie
mp
o d
e c
aíd
a
t1 66,16 121,39 210,13 340,24 502,71
t2 66,09 121,13 208,1 340,88 499,8
t3 66,2 121,16 207,66 339,25 500,36
t4 66,14 121,09 207,45 339,4 494,16
Tiempo promedio 66,1475 121,1925 208,3350 339,9425 499,2575
vis
co
sid
ad
es
ηr = t/to 1,8322 3,1496 5,1392 7,5476
ηsp = nr -1 0,8322 2,1496 4,1392 6,5476
ηred = ηsp/c 13,1566 16,9925 21,8137 25,8800
ηinh = ln nr/c 9,5730 9,0693 8,6266 7,9891
intersecto 8,71 Recta de Huggins
10,11 Recta de Kramer
[η]intrínseca 9,41 dl/g
*Los datos se obtuvieron a 28°C
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Las rectas de Huggins y Kramer extrapoladas a concentración cero, dan
como resultado una viscosidad intrínseca de 9,41 dl/g. Este dato se toma como
punto de partida para la determinación del peso molecular promedio
viscosimétrico, mediante la relación de Mark Houwink.
Donde: K = 0,076 y a= 0,76 (Constantes de Rinaudo et al)
Las rectas de viscosidad inherente y reducida, a partir de las cuales se
obtiene la viscosidad intrínseca, se muestran en el siguiente gráfico.
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Gráfico 5.4 Rectas de viscosidad reducida y aparente, a partir de soluciones de quitosano comercial
De los cálculos realizados, el peso molecular promedio obtenido
corresponde a un quitosano de peso molecular medio.
b) Análisis muestra de quitosano obtenido en muestro proceso:
Se aplicó el mismo procedimiento para el tratamiento de la muestra de
quitosano obtenido en nuestro proceso, el cual arrojo los tiempos de caída a
través del capilar que se muestran en la tabla siguiente.
Tabla 5-4 Parámetros de cálculo de las viscosidades según Huggins y Kramer, a partir de los tiempos de caída de varias soluciones de
quitosano obtenido en nuestro proceso Parámetros Solvente C/4 C/2 3C/4 C
Concentraciones g/cm3
0 0,000628 0,0012184 0,001883 0,002510
Concentraciones g/dl
0,0000 0,0628 0,1218 0,1883 0,2510
Tie
mp
o d
e c
aíd
a t1 66,16 113,23 178,45 273,22 404,89
t2 66,09 113,01 178,48 273,09 404,23
t3 66,2 113,02 178,51 273,36 404,54
t4 66,14 112,9 178,29 273,09 404,56
t5 112,95 178,49 273,27 404,64
Tiempo promedio 66,15 113,02 178,44 273,21 404,57
Vis
co
sid
ad
es
ηr = t/to 1,7086 2,6977 4,1303 6,1162
ηsp = nr -1
0,7086 1,6977 3,1303 5,1162
ηred = ηsp/c 11,2930 13,9336 16,6282 20,3833
ηinh = ln nr/c
8,5370 8,1450 7,5343 7,2149
Intersectos 8,1549 Recta de Huggins
8,98999 Recta de Kramer
[η]intrínseca 8,572445 dl/g
*Los datos se obtuvieron a 28°C
Los datos de viscosidades reducidas e inherentes, de acuerdo a las
relaciones de Huggins y Kramer, se presentan en el siguiente gráfico con el
cual se determino la viscosidad intrínseca, reportada en la tabla anterior.
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Gráfico 5.5 Rectas de viscosidad reducida y aparente, a partir de
soluciones de quitosano obtenido en el proceso experimental
Con los datos expuestos, se obtiene el peso molecular promedio del
quitosano obtenido en nuestro proceso.
El peso molecular promedio determinado para el quitosano obtenido en
nuestro proceso es de 215 KDa, que lo ubica en el rango de los quitosanos de
medio peso molecular, viable para aplicaciones como bioplástico.
5.2. Elaboración de las películas comestibles.
De acuerdo a los procedimientos ejecutados y explicados anteriormente,
se presentan los resultados obtenidos de la caracterización de las soluciones
formadoras de películas comestibles como de los films.
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5.2.1. Composición y propiedades físicas de las soluciones formadoras
de película
De acuerdo a las relaciones propuestas, a continuación se presentan la
composición definitiva de cada fórmula elaborada y en la cual también se
mencionan el resultado de las determinaciones realizadas en cuanto a
densidad, carga de sólidos y viscosidad.
Tabla 5-5 Composición final de las soluciones formadoras de películas y propiedades físicas
Componentes FÓRMULAS
A B C
Quitosano (g) 0,45 1,05 0,75
Sol. Ácido Acético (g) 29,55 68,95 49,25
Almidón (g) 2,88 1,2 2
Agua (g) 67,2 28,88 48
Glicerol (g) 1,5 1,5 1,5
densidad (g/cm3) 1,46 1,45 1,4597
Carga de sólidos (%) 0,00 0,00 0,00
pH 3,8 3,6 3,7
Viscosidad (cP) 754,45 704,82 732,55
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Foto 5.1 Soluciones formadoras de película
5.2.2. Permeabilidad al vapor de agua
Para la determinación al vapor de agua, se prepararon películas sobre
cajas Petri, a partir de un volumen de 25 ml. Este volumen genero películas de
entre 0,14 a 0,16 mm de espesor.
Foto 5.2 Películas de quitosano almidón, obtenidas por moldeo sobre una
caja Petri.
Con este dato, importante para la determinación de la PVA, se presenta
los datos obtenidos durante la ejecución de la pruba que incluyeron la toma de
la ganancia de peso de las celdas de permeación por un periodo de 10 horas.
Formulación A Formulación B Formulación C
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Gráfico 5.6 Ganancia de peso de las celdas de permeación
A partir de las pendientes obtenidas en el gráfico anterior, se calcula la
Permeabilidad al vapor de agua con las ecuaciones presentadas en el capitulo
anterior. Los parámetros de cálculo con los resultados de los valores
intermedios obtenidos, se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 5-6 Parámetros de cálculo para obtener la permeabilidad al vapor de agua de los films.
Parámetros Muestra
A B C
T° promedio 24 °C 24 °C 24 °C
Hr promedio interior de la cámara ambiental
74% 74% 74%
Diámetro de la celda 0,06170 m 0,06180 m 0,06180 m
Área expuesta [A] 0,002990 m2 0,003000 m2 0,003000 m2
Pendiente = [B] g/h 0,117 0,091 0,1085
WVTR (B/A) velocidad de transferencia del vapor de agua
39,1304 g/h.m2 30,3371 g/h.m2 36,1711 g/h.m2
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Parámetros Muestra
A B C
ΔZ 0,03200 m 0,03500 m 0,03400 m
Hr1 (interior de celda) 0% 0% 0%
D agua aire (m2/h ) 0,09216 0,09216 0,09216
Pa0 = (PabsvH2O) (Hr1/100)
0,000297822 0,000297822 0,000297822
R Constante de los gases (m3 kPa/g °K)
0,000462 0,000462 0,000462
T° abs 297 297 297
Pa1 (presión celda de prueba) = Pao + [(WVTR*R*T*Z)/D]
1,8388 kPa 1,5812 kPa 1,8313 kPa
Pa2 (presión cámara ambiental)
2,2039 kPa 2,2039 kPa 2,2039 kPa
Permeanza 115,3390 g/m2.h.kPA
48,7178 g/m2.h.kPA
97,0907 g/m2.h.kPA
Espesor película (mm) 0,15375 0,15625 0,1425
WVP (permeabilidad al vapor de agua) g.mm/h.m2.kPA
17,7334 7,6122 13,8354
Como se observa la permeabilidad al vapor de agua es mas alta en el
film A, el cual tiene en su formulación una mayor cantidad presente de almidón
respecto al quitosano. Este resultado concuerda con lo citado por varios
investigadores que manifiestan que los films de almidón tienen una mayor
permeabilidad al vapor de agua, influenciada por su carácter hidrófilo.
Por otro lado, los films con una mayor proporción de quitosano, tienden a
equilibrar esta característica debido a los grupos acetilos residuales presentes
en la cadena del biopolímero y que le confieren un comportamiento hidrófobo.
Esto concuerda con el resultado obtenido para la formulación B, la misma que
tiene presente en su composición final un 1,05 % p/p de quitosano y 1,2 % p/p
de almidón y para la cual los valores de WVTR y WVP son menores en
comparación para las tres formulaciones.
Un valor intermedio de permeabilidad al vapor de agua, de entre las
formulaciones sometidas a estudio es el encontrado para la solución formadora
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C, la cual en su composición final tiene presente una mayor cantidad de
almidón (2%), respecto al quitosano. Sin embargo la presencia de este último
componente es ligeramente mayor que en la formulación A, razón por la cual la
permeabilidad va en detrimento.
5.2.3. Efecto de la aplicación del recubrimiento sobre el alimento
De acuerdo a los procesos de aplicación de los recubrimientos antes
citados, se sometió a almacenamiento las fresas a una temperatura de 4°C,
durante un periodo de 15 días, tiempo en el cual se observaron cambios en el
aspecto físico del alimento como su pérdida de peso.
5.2.3.1. Aspecto físico
El aspecto físico de la fruta es un factor muy importante a considerar para
la aplicación de un recubrimiento comestibles, puesto que si este no presenta
un aspecto agradable, el consumidor no optará por adquirir el producto.
Bajo este antecedente, los recubrimientos formulados se aplicaron sobre
frutilla, de la cual se conoce tiene una alta senescencia. De esta experiencia se
obtuvieron los resultados que se comentan en la siguiente tabla, y que están
basados en observaciones visuales de la apariencia física del alimento de
prueba.
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Tabla 5-7 Observaciones sobre el aspecto físico de las frutas tratadas con una capa de recubrimiento comestible Tratamiento 1 capa de recubrimiento Tiempo de almacenamiento
Color Apariencia 2 días 7 días
Film A 2 días de almacenamiento
No se observan mayores diferencias en el color entre la fruta control y la que tiene el recubrimiento
Se observa que la fruta de control tiene una mejor apariencia en la superficie. La fruta tratada muestra cierta resequedad
7 días de almacenamiento
Tanto la fruta control como la muestra tratada, reflejan una tonalidad más asentada que al inicio del periodo de almacenamiento
Se observa que la muestra tratada tiene una mayor apariencia de envejecimiento que la fruta control.
Film B 2 días de almacenamiento
La fruta tratada muestra un color ligeramente mas oscuro que la muestra de control
La fruta tratada muestra una superficie con señales de deshidratación
7 días de almacenamiento
La fruta tratada no muestra grandes diferencias respecto al color en comparación con la muestra control. Ambas muestran un color más oscuro que el inicial
La fruta tratada muestra rasgos de envejecimiento menos marcados que la fruta control
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Tratamiento 1 capa de recubrimiento Tiempo de almacenamiento
Color Apariencia 2 días 7 días
Film C 2 días
Se observa que la fruta tratada tiene una tonalidad más asentada en el color respecto a la fruta de control
No se observa mayores diferencias entre la fruta tratada y la fruta de control. Ambas no evidencian cambios profundos en la superficie.
7 días
El color se nota mas marcado en ambas muestras. No se evidencia diferencias significativas de color.
La fruta con recubrimiento muestra una superficie mas seca, con aspecto de envejecimiento. La fruta control muestra signos de envejecimiento menos marcados
*Almacenamiento efectuado a 4°C y 78.5 % de Humedad relativa
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A los 13 días de almacenamiento, se evidenció el comienzo de daño
microbiológico por pudrición en las muestras de control, en tanto que en todas
las muestras con recubrimiento comenzaron a mostrar daño microbiológico a
los 15 días.
Respecto a las muestras tratadas con dos capas de recubrimiento
comestible, todas evidenciaron aspectos de deshidratación con zonas de
contracción antes que la fruta de control. Las fotografías que se muestran a
continuación corresponden a un tiempo de almacenamiento de 7 días.
Foto 5.3 Fruta tratada con la formulación A con 2 capas de recubrimiento
(d) y fruta control (i)
Foto 5.4 Fruta tratada con la formulación B con 2 capas de recubrimiento
(d) y fruta control (i)
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Foto 5.5 Fruta tratada con la formulación B con 2 capas de recubrimiento (d) y fruta control (i)
5.2.3.2. Pérdida de peso
Durante el almacenamiento de frutas y vegetales, se llevan a cabo
procesos de respiración y transpiración, en los cuales se da el intercambio
gaseoso de CO2 y O2 y la eliminación de agua; los mismos que están
involucrados con procesos metabólicos y de senescencia. Estos se pueden ver
reflejados en los cambios físicos y químicos que sufre el alimento, pudiéndose
estimar de forma cuantitativa a través de la determinación de algunas
propiedades. Una de ellas es la estimación de la pérdida de peso, asociada con
la eliminación de agua del tejido celular.
En este contexto, es importante observar el efecto de los films
comestibles sobre este proceso. Para ello se registro de forma periódica la
pérdida de peso de una muestra control de frutilla, así como de las muestras
recubiertas con una y dos capas de film comestible. El registro de datos se
proceso como porcentaje en perdida de peso, en base a los valores iniciales y
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finales obtenidos durante la experiencia. Los resultados se reflejan en el
siguiente gráfico.
Gráfico 5.7 Pérdida de peso de las frutas tratadas con los distintos
recubrimientos, durante el periodo de almacenamiento.
Como se observa, ocurre una pérdida progresiva de peso durante el
almacenamiento en todas las muestras, observándose que en los primeros
días, esta pérdida tiene una mayor velocidad. Sin embargo la muestra
recubierta con la formula B, tiene una menor pérdida que las demás muestras
sometidas a estudio. Esto guarda concordancia con el valor de permeabilidad
al vapor de agua, determinado en la fase anterior, siendo importante observar
que a pesar de que el film tiene un efecto positivo en la barrera contra la
perdida de humedad, esta no es tan alta como se esperaba, siendo esto
causado posiblemente a una afectación por las condiciones de aplicación y
secado de la solución formadora.
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Un efecto no esperado de la ejecución de la experiencia, es la alta
pérdida de peso de peso registrada para el recubrimiento A seguido del
recubrimiento C, siendo estas superiores que la pérdida registrada para la
muestra control. Es decir que estos recubrimientos no logran disminuir la
perdida de agua, haciendo que esta sea más acelerada, teniendo mucho que
ver el carácter hidrófilo del almidón presente en las formulaciones. Este
resultado tiene cierta correspondencia con los valores de permeabilidad al
vapor de agua determinadas para estas formulaciones y también se ve
influenciado por el proceso de secado, la viscosidad del medio; que de acuerdo
a lo determinado anteriormente resulto ser más alta que la preparación B; y el
método de aplicación del recubrimiento.
Se esperaba de esta experiencia, observar que la pérdida de peso se vea
disminuida por la presencia de dos capas de recubrimiento de las soluciones
con biopolímero, sin embargo la perdida de peso resulto ser mucho más alta en
relación a aquellas que tenían un solo recubrimiento y que la propia muestra de
control. Esta reacción ha sido reportada por otros investigadores, tales como
Colla (2006) y Ruiz (2009), en aplicación de recubrimientos comestibles que
tienen presente almidón en su composición. Estos reportan como posible
causa, el estrés que sufre el alimento durante el periodo de secado seguido de
presencia de grietas en el recubrimiento, lo cual favorecería la trasmisión de
agua hacia el exterior.
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CAPITULO 6.
6. Conclusiones y Recomendaciones
6.1. Conclusiones
De las experiencias efectuadas se desprenden las siguientes
conclusiones:
El tratamiento aplicado para la obtención de quitosano, a partir del
exoesqueleto de cangrejo, permite obtener un polímero con un grado de
desacetilación del 85% con un rendimiento de aproximadamente 15% y un
peso molecular promedio viscosimétrico de alrededor 215 kDa, demostrándose
que la concentración del ácido clorhídrico tiene una incidencia importante en la
calidad del producto final.
El peso molecular promedio viscosimétrico para el quitosano obtenido en
nuestro proceso, si es viable para su aplicación como bioplástico y como
componente en formulaciones para elaboración de recubrimientos comestibles.
El método de elaboración de las soluciones formadoras de película, tiene
una importante incidencia en el recubrimiento pues afecta al grado de
polimerización de los componentes, afectando al uso al cual se destina.
La presencia de un plastificante en una película hidrocoloide, sí afecta a
sus propiedades mecánicas, siendo necesario estimar el contenido adecuado
de este componente dentro de la fórmula formadora de película.
De las formulaciones preparadas para este estudio, la solución cuyo
contenido de Quitosano se encontraba en una proporción similar al almidón,
presenta características más viables como conservante, atenuando la
velocidad de transferencia de vapor de agua hacia el exterior.
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La presencia de una alta concentración de almidón dentro de las
soluciones formadoras de película, tiende a aumentar la permeabilidad al vapor
de agua y la pérdida de peso, sobre el fruto en el que se aplica. Así la
formulación A, mostro un valor alto de permeabilidad al vapor de agua respecto
a las otras formulaciones.
La aplicación de recubrimientos comestibles de quitosano almidón, en
condiciones controladas, es capaz de alargar el tiempo útil de consumo en
fresas hasta en dos días, retardando la aparición de daños microbiológicos.
Los procesos de aplicación y secado de los recubrimientos comestibles
tienen una alta influencia sobre la calidad final del producto recubierto,
incidiendo en mayores pérdidas de peso con respecto a una fruta control.
6.2. Recomendaciones
Del trabajo investigativo realizado, se desprenden las siguientes
recomendaciones:
Efectuar estudios sobre las propiedades mecánicas de formulaciones
biopoliméricas con contenido de almidón y quitosano, que den una mayor
perspectiva sobre aplicación en otro tipo de alimentos o inclusive como
envases de almacenamiento.
Evaluar las propiedades en aspectos microbiológicos y organolépticos de
soluciones formadoras de película, que contengan almidón estudiando
principalmente el efecto de la concentración de este material dentro del
sistema.
Estudiar en condiciones controladas, la permeabilidad a los gases CO2 y
O2, de formulaciones con contenido de almidón y quitosano, sobre frutas y
vegetales, para determinar su efectividad como barrera de estos gases.
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BIBLIOGRAFÍA
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biodegradables y su empleo en el recubrimiento de frutos de aguacate.
Instituto Politécnico Nacional Centro de Investigaciones en Ciencia Aplicada
y Tecnología Avanzada. México, (2005)
2. Banchón, C. Inmovilización de papaína en soporte de quitosano. Guayaquil:
Universidad de Guayaquil. Ecuador (2005),
3. Cárcamo, C. Preparación de films de complejo polielectrolito quitosano-
alginato y comparación de sus propiedades mecánicas y biológicas con
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