RESUMEN La conservación del medio ambiente promueve el estudio de alternativas para poder reducir los desechos de materiales plásticos de lenta degradación, que son fuente de contaminación, para reemplazarlos por materias primas constituidas de recursos renovables. Dentro de estos polímeros biodegradables se encuentra el almidón, éste es un polímero que es factible de usar porque es renovable y económico, además debe mucho de su funcionalidad a dos de sus componentes mayoritarios: la amilosa y la amilopectina, así como a la organización física de estas macromoléculas dentro de la estructura granular. De éstos, la amilosa es la responsable de la capacidad para formar películas. Sin embargo, debido a su naturaleza hidrofílica, es sensible a la humedad del ambiente. Es por esto que es importante determinar su isoterma de sorción, su permeabilidad al vapor de agua y su solubilidad, además de sus propiedades mecánicas. Además, debido a que provienen de fuentes naturales, pueden ser susceptibles al ataque microbiano. Es por eso que se incluyó a la película un antimicrobiano ya sea comercial (sorbato de potasio) o uno natural (aceite esencial de canela) para mejorar su resistencia. El microorganismo de prueba fue la Listeria innocua, la cual forma un halo de inhibición al probarlo con las películas. Las películas se elaboraron por el método de vertido en placa, dispersando el almidón con el glicerol en agua y calentándolo para después verterlo en placas de vidrio y secarlo en estufa. Las mediciones que se le efectuaron a las películas fueron la permeabilidad al vapor de agua por el método de la ASTM E96-90, para evaluar las propiedades mecánicas se utilizó el método de la ASTM D882-91. Para la solubilidad al vapor de agua se utilizó el siguiente procedimiento: se cortaron las películas y se mantuvieron en agitación con agua desionizada por una hora. Después se secaron en una estufa hasta peso constante. Las películas se pesaron antes y después para obtener los resultados. La determinación del color de las películas se realizó utilizando un colorímetro Milton Roy (Modelo ColorMate). Para evaluar las isotermas de sorción se utilizó el método estático de microclimas con humedades relativas que fueron de 0.11 a 0.9 de aw. Para evaluar la actividad antimicrobiana se utilizó le método de difusión en agar, en el cual se inocula el microorganismo de prueba el cual fue la L. innocua, y después de un tiempo de
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RESUMEN
La conservación del medio ambiente promueve el estudio de alternativas
para poder reducir los desechos de materiales plásticos de lenta degradación,
que son fuente de contaminación, para reemplazarlos por materias primas
constituidas de recursos renovables. Dentro de estos polímeros biodegradables
se encuentra el almidón, éste es un polímero que es factible de usar porque es
renovable y económico, además debe mucho de su funcionalidad a dos de sus
componentes mayoritarios: la amilosa y la amilopectina, así como a la
organización física de estas macromoléculas dentro de la estructura granular.
De éstos, la amilosa es la responsable de la capacidad para formar películas.
Sin embargo, debido a su naturaleza hidrofílica, es sensible a la humedad del
ambiente. Es por esto que es importante determinar su isoterma de sorción, su
permeabilidad al vapor de agua y su solubilidad, además de sus propiedades
mecánicas. Además, debido a que provienen de fuentes naturales, pueden ser
susceptibles al ataque microbiano. Es por eso que se incluyó a la película un
antimicrobiano ya sea comercial (sorbato de potasio) o uno natural (aceite
esencial de canela) para mejorar su resistencia. El microorganismo de prueba
fue la Listeria innocua, la cual forma un halo de inhibición al probarlo con las
películas. Las películas se elaboraron por el método de vertido en placa,
dispersando el almidón con el glicerol en agua y calentándolo para después
verterlo en placas de vidrio y secarlo en estufa. Las mediciones que se le
efectuaron a las películas fueron la permeabilidad al vapor de agua por el
método de la ASTM E96-90, para evaluar las propiedades mecánicas se utilizó
el método de la ASTM D882-91. Para la solubilidad al vapor de agua se utilizó
el siguiente procedimiento: se cortaron las películas y se mantuvieron en
agitación con agua desionizada por una hora. Después se secaron en una
estufa hasta peso constante. Las películas se pesaron antes y después para
obtener los resultados. La determinación del color de las películas se realizó
utilizando un colorímetro Milton Roy (Modelo ColorMate). Para evaluar las
isotermas de sorción se utilizó el método estático de microclimas con
humedades relativas que fueron de 0.11 a 0.9 de aw. Para evaluar la actividad
antimicrobiana se utilizó le método de difusión en agar, en el cual se inocula el
microorganismo de prueba el cual fue la L. innocua, y después de un tiempo de
incubación a 37 C se forma un halo de inhibición alrededor de las películas
dependiendo de la formulación de éstas. Se utilizaron dos concentraciones de
cada uno, 0.2 y 0.3% para el sorbato de potasio, 1 y 1.5% de aceite esencial de
canela. En cuanto a los resultados obtenidos, las películas conteniendo el
aceite de girasol presentaron una menor solubilidad que las películas control,
de igual manera, la permeabilidad al vapor de agua disminuyó
significativamente. Además, la oxidación tuvo un efecto significativo en el color
de las películas, ya que pasaron de una coloración café a una transparente.
Para las películas con el aceite esencial de canela se encontró una disminución
tanto en la tensión a la fractura como en el porcentaje de elongación, además
presentaron una menor solubilidad que las películas control. En cuanto a la
evaluación de la actividad antimicrobiana, se observó que la película
conteniendo 0.3% de sorbato de potasio mostraba un efecto inhibitorio. Se
encontró diferencia entre las dos concentraciones del aceite esencial de
canela, pues a medida que aumenta la concentración del antimicrobiano
natural, aumenta el halo de inhibición.
El conocimiento de las isotermas y de las propiedades mecánicas y de
barrera es necesario para predecir la estabilidad y cambios de calidad durante
el empacado y almacenamiento de los productos conservados con estas
películas y mediante la adición del antimicrobiano se hace la película más
resistente al posible ataque microbiano.
INTRODUCCION Los plásticos se caracterizan por una alta relación resistencia/densidad
que son propiedades excelentes para la resistencia a los ácidos, álcalis y
solventes. Las enormes moléculas de las que están integradas pueden ser
lineales, ramificadas o entrecruzadas dependiendo del tipo de plástico. Una de
las principales aplicaciones del plástico es el empaquetado. Se comercializa
una buena cantidad de polietileno de baja densidad en forma de rollos de
plástico transparente para envoltorios. El polietileno de baja densidad se usa
para películas plásticas más gruesas como las que se utilizan en las bolsas de
basura. Se utilizan también en empaquetado otros polímeros como el
polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo, etc.
En la actualidad en todo el mundo existe una problemática importante
por la contaminación del agua y del suelo ocasionada en gran medida por los
grandes volúmenes de residuos que se generan diariamente y no se tiene una
forma efectiva para eliminarlos, ya que no se oxidan o se degradan como otros
materiales. Por lo anterior, actualmente se desarrollan trabajos de investigación
encaminada a disminuir las cantidades de residuos plásticos y a fabricar
productos menos agresivos para el medio ambiente. Estos nuevos materiales,
llamados biodegradables, están constituidos por materias naturales como los
carbohidratos, proteínas y lípidos sin embargo, puede haber diferentes
clasificaciones como por ejemplo:
1) Polímeros naturales: constituidos solo por componentes como la
celulosa, el almidón y las proteínas.
2) Polímeros naturales modificados: como el acetato de celulosa almidones
oxidados, acetilados, etoxilados, etc.
3) Materiales compuestos que combinan partículas biodegradables (como
el almidón, la celulosa regenerada) con polímeros sintéticos (como el
poliestireno, polietileno de alta densidad).
4) Polímeros obtenidos como metabolitos secundarios por
microorganismos: como el polihidroxivalerato butirato (PHVB),
Una de desventaja de los materiales biodegradables es que no puede ser
usada para cualquier tipo de alimento, es por eso que se debe caracterizar al
material para determinar cuales de sus propiedades son las adecuadas para
el tipo de producto que se quiere conservar. Además, como son materiales
naturales pueden ser susceptibles al ataque microbiano. Es por eso que el
objetivo del presente trabajo fue caracterizar una película de almidón de
plátano adicionada de un antimicrobiano y evaluar si éste afecta la
funcionalidad de la película.
MATERIALES Y METODOS
Para el aislamiento del almidón de plátano se utilizó plátano macho en
estado verde, porque es el estado en el que hay una mayor cantidad de
almidón. Se utilizó el ácido cítrico para evitar el oscurecimiento del almidón en
el momento de la extracción.
Los materiales utilizados fueron: almidón de plátano, el cual fungió como
el material formador de la red tridimensional que formó la película. El glicerol
fue el material plastificante, su función es el de darle flexibilidad a la película. El
aceite esencial de canela sirvió como el agente antimicrobiano, el cual
protegerá al material de posibles ataques microbianos del ambiente.
Los demás materiales se ocuparon para las diferentes determinaciones y
a sea en la oxidación del almidón o en la caracterización de la película.
Obtención del almidón
Para la obtención del almidón se empleó un procedimiento a nivel de
planta piloto desarrollado en el Centro de Desarrollo de Productos Bióticos-IPN
(Flores-Gorosquera y col., 2004), que consistió esencialmente en lo siguiente:
se trabajó con lotes de 100 kg de plátano, se pelaron y molieron en una
licuadora tipo industrial marca Inter modelo L1-3 (12 L de capacidad) en lotes
de 0.6 partes de fruto (3.6 kg) con 1 parte (6 L) de solución de ácido cítrico al
0.3 % (p/v) para evitar la oxidación del fruto. Se procedió a pasar la mezcla por
una tamizadora eléctrica marca Testing Equipment, Mod. RNU y mallas (Lab.
Test Sieve) No. 40 (0.425 mm), 100 (0.15 mm), 200 (0.075 mm), 270 (0.053
mm) y 325 (0.045 mm), en cada malla el residuo se lavó con agua hasta que el
líquido de salida fue transparente. El sobrenadante se pasó a una centrífuga
por lotes marca Wesfalia Separator (Westfalen, W. Germany). El líquido se
desechó, y los sólidos (almidón) contenidos en el tazón se diluyeron con agua y
se pasaron de nuevo por las mallas No. 40, 100, 200, 270, 325 y se volvió a
centrifugar, realizándose tres veces el proceso completo. Después de ésto se
procedió a deshidratar en el secador por aspersión marca Niro Atomizer Tipo
230 EA 11 No. 21, con una temperatura de entrada de 130 a 150 ºC, con una
concentración de sólidos en la línea de llenado de 30 a 40 % y una temperatura
de salida de 70 a 80 ºC; la velocidad de flujo fue de 1 L/min. El polvo
recolectado se pasó a través de la malla 100, y se almacenó hasta su posterior
uso.
Modificación del almidón por oxidación con hipoclorito de sodio
El almidón nativo de plátano, se sometió a un proceso de oxidación con
hipoclorito de sodio (NaOCl) (Hycel de México, S.A. de C.V.) utilizando el
procedimiento reportado por Wang y Wang (2003).
Se pesaron 200 g de almidón en base seca en un vaso de 2 L, y se
agregaron 371 g de agua destilada para tener un peso final de 571 g. Esta
dispersión se mantuvo a una temperatura de 35 ºC y se ajustó a un pH de 9.5
con NaOH 2N. Se adicionaron lentamente 100 mL de hipoclorito de sodio a
una concentración de cloro activo de 0.5% p/v en 30 min, en los cuales se
mantuvo el pH 9.5 con H2SO4 1 N. Después de la adición del hipoclorito de
sodio se mantuvo a un pH 9.5 con la adición de 1 N de NaOH en los próximos
50 min. La mezcla fue ajustada a un pH 7 con H2SO4 1 N, se filtró por succión
con un filtro Buchner (con un papel Whatman # 4), y se lavó con agua
desionizada para después secarse en una estufa a 40 ºC por 48 h. Cuando se
secó el almidón, este se molió en un molino mecánico y se tamizó en malla No.
100 (0.15 mm ∅ ) para homogeneizar el tamaño de partícula y se guardó para
su posterior análisis.
Para evaluar el grado de oxidación del almidón se midieron los grupos
carbonilo y carboxilo que se explican a continuación.
Determinación de los grupos carbonilo
Los grupos carbonilo (C=O) se determinaron por el método de titulación
de Smith (1967). Se pesaron 4 g del almidón nativo y de los oxidados por
separado, se suspendieron en 100 mL de agua destilada en un vaso de
precipitado de 500 mL. La suspensión fue gelatinizada en un baño de agua
hirviendo por 20 minutos y después enfriada a 40 ºC. El pH se ajustó a 3.2 con
HCl 0.1 N y se adicionaron 15 mL de clorhidrato de hidroxilamina (NH2OH),
para posteriormente dejarlos en un baño de agua a 40 ºC con agitación lenta
durante 4 horas. El exceso de hidroxilamina se tituló a pH 3.2 con HCl 0.1 N.
Los ensayos se realizaron por triplicado.
La hidroxilamina (Fermont de México, S.A de C.V.) se preparó disolviendo
25 g del reactivo en 100 mL de NaOH 0.5 N y aforando a 500 mL con agua
destilada. El contenido de grupos carbonilo se calculó de la siguiente manera:
% carbonilos= [(Blanco-Muestra) mLx N del ácido x 0.028 x 100] (2)
Peso de la muestra (base seca) en g
Determinación de los grupos carboxilo
El contenido de grupos carboxilo (COOH) de almidones oxidados de
plátano, fue determinado con base al procedimiento modificado por
Chattopadhyay y col. (1997). Se pesaron 2 g de muestra de almidón oxidado
(ya sea a la concentración de 0.5, 1.0 ó 1.5 % de cloro activo) y se mezclaron
con 25 mL de HCl 0.1 N con agitación magnética ocasional durante 30 minutos.
La dispersión de almidón se filtró al vacío y se lavó con 400 mL de agua
destilada, utilizando un embudo Büchnner y filtros Watman del No. 4. La pasta
de almidón fue cuidadosamente transferida a un matraz Erlenmeyer de 500 mL
conteniendo 300 mL de agua destilada; posteriormente, se gelatinizó en agua
hirviendo durante 15 minutos con agitación constante. En seguida, se
adicionaron 150 mL de agua destilada a temperatura ambiente y se dejó
estabilizar a una temperatura de 34 a 39 °C, para finalmente realizar una
titulación a pH 8.3 con NaOH 0.01 N. El mismo procedimiento se aplicó al
almidón nativo utilizado como blanco.
Para determinar el porcentaje de grupos carboxilo, primeramente se
determinaron los miliequivalentes de acidez como sigue:
Miliequivalentes de acidez = [(Muestra-Blanco) mL x N NaOH x 100] (3)
100 g de almidón Peso - muestra (base seca) en g
% carboxilos = [Miliequivalentes de acidez] x 0.045 (4)
100 g de almidón
Preparación de las películas por el método de la gelatinización térmica (Mali y col., 2002)
Las películas se prepararon usando una concentración de almidón de
plátano (para todos los almidones empleados, ya sea el nativo o los oxidados)
de 4 % p/p en base seca, con una concentración de glicerol del 2 % p/p y para
algunas películas se agregó el aceite de esencial de canela. Los niveles de
almidón, glicerol y aceite esencial de canela fueron seleccionados después de
consultar la bibliografía en la cual se reporta que estas concentraciones son
idóneas para obtener películas con buenas propiedades mecánicas y de
barrera. El almidón y el glicerol se mezclaron directamente con agua destilada
para hacer lotes con un peso total de 100 g. Las soluciones formadoras de
películas fueron transferidas cuantitativamente a una copa de un
microviscoamilógrafo Brabender, donde fueron calentadas desde 30 a 95 °C y
mantenidas a 95°C por 10 minutos, con agitación (125 rpm) a una velocidad de
calentamiento constante (3 °C/min). Las películas fueron preparadas por
vertido en placa; las suspensiones gelatinizadas se vaciaron inmediatamente
sobre placas de vidrio forradas de plástico de 20cm x 20cm. Las suspensiones
de almidón fueron secadas a 65 °C en una estufa durante 4 horas; transcurrido
este tiempo, se desprendieron las películas de las placas. Estas fueron
almacenadas a 25 ± 2 °C en un desecador el cual contenía una humedad
relativa (HR) del 57 %, provista por una solución saturada de bromuro de sodio.
Determinación del porcentaje de solubilidad de las películas
El porcentaje de solubilidad de las películas fue determinado de acuerdo a
la metodología propuesta por García y col. (2004), la cual consistió en cortar
piezas de cada película con las dimensiones de 2 cm x 3 cm y almacenarlas en
un desecador a una humedad relativa del 0 % (provista por sílica gel) durante 7
días. Después de este tiempo, las muestras fueron pesadas y cada una se
colocó en un vaso de precipitados de 100 mL y se les agregaron 80 mL de
agua desionizada. Las muestras se mantuvieron en agitación constante por 1
hora a temperatura ambiente (25 ºC) Transcurrido el tiempo de agitación, las
piezas de películas se secaron en una estufa a 60 ºC durante 2 horas. El
porcentaje de materia soluble (% solubilidad) fue calculado de la siguiente
manera:
% solubilidad = [(Peso inicial seco – Peso final seco)/Peso inicial seco] x 100
Las muestras fueron analizadas por triplicado.
Determinación del color en las películas
El color de los almidones y de las películas fue determinado utilizando un
Colorímetro Universal Milton Roy modelo Color Mate, con un iluminante D65 y
un ángulo de observación de 10 º. El equipo se calibró con un estándar de
color blanco. Las lecturas fueron tomadas de puntos aleatorios sobre la
superficie de las muestras. Un promedio de 5 lecturas fue registrado por
muestra. Las lecturas se reportaron en el sistema CIELAB (L*, a*, b*).
Determinación de las propiedades mecánicas
Las pruebas mecánicas consistieron en ensayos de tensión para la
determinación de la tensión a la fractura (TF) y el porcentaje de elongación (%
E).
Para determinar la resistencia de las películas a la tensión, las pruebas
mecánicas fueron realizadas de acuerdo con el estándar ASTM D882-91 en un
equipo TA.TXT2i, usando una celda de carga de 10 kg.
Para la prueba de tensión, las muestras de películas fueron cortadas en
rectángulos con las medidas de 10 cm. de largo por 1 cm. de ancho. Los
rectángulos de películas fueron mantenidos por al menos 3 días en
desecadores los cuales contenían una solución salina saturada de bromuro de
sodio (57 % HR).
El espesor de cada uno de los rectángulos fue determinado usando un
micrómetro manual (Mitutoyo Co., Japón) en 10 posiciones aleatorias a lo largo
del rectángulo. El valor promedio se utilizó para calcular el área de sección
transversal sobre la cual se ejerce la fuerza de tensión, el área es igual al
espesor multiplicado por el ancho de cada película.
Una vez determinado el espesor promedio de cada uno de los rectángulos
de las películas, se procedió a colocarlas entre las mordazas de sujeción del
equipo en un rectángulo representativo de la película. La separación entre las
pinzas fue de 6 cm. Cada extremo fue sujetado colocando 0.5 cm del
rectángulo en cada una de las pinzas de sujeción. La velocidad de deformación
fue de 10 mm/min. El esfuerzo de tensión fue calculado por la división de la
fuerza máxima sobre la película durante la fractura entre el área de sección
transversal (espesor por el ancho). El porcentaje de elongación a la fractura fue
calculado por la medición de la extensión máxima de la película entre la
separación final e inicial de las pinzas.
Determinación de la permeabilidad al vapor de agua (PVA)
La permeabilidad al vapor de agua de las películas (PVA), se determinó
empleando una modificación del método gravimétrico estándar de la ASTM, E
96-80 (ASTM, 1989), conocido como el “método de la copa” o “celda de
prueba”.
Las celdas de prueba tienen en su interior sílica gel que proporciona una
baja humedad relativa, éstas son colocadas en desecadores que contienen una
solución sobresaturada de cloruro de sodio que proporciona una humedad
relativa de 75%. Se tomaron mediciones de la ganancia en peso de la celda
hasta llegar a peso constante. Se graficó la ganancia de peso con respecto al
tiempo y se sacó la regresión lineal. También se tomaron mediciones del
espesor de la película en diferentes partes y se sacó un promedio. Se
determinó el área de transferencia de la película y de determinó la
permeabilidad por medio de las siguientes fórmulas:
CTVA = pendiente de la gráfica/área del empaque
Permeancia = CTVA/diferencia de presiones parciales
Permeabilidad = permeancia x espesor de la película
Isotermas de sorción Las isotermas fueron determinadas por el método estático-gravimétrico
de microclimas. Muestras de películas, por triplicado, fueron colocadas en
vasos de precipitado de 10 ml e introducidas en recipientes conteniendo
soluciones sobresaturadas que proporcionaban una actividad del agua de 0.11
a 0.9. Las muestras fueron pesadas periódicamente hasta que se alcanzó el
equilibrio. Después las muestras se pesaron con una precisión de 0.0001g y
fueron mantenidas en una estufa a 105 C por 5 horas para determinar el peso
seco. Los valores experimentales obtenidos fueron ajustados al modelo de
BET. El valor de la monocapa fue obtenido usando la siguiente ecuación:
CXCXaC
Xaa
mm
w
w
w 1)1()1(
+−=−
donde:
X = es el contenido de humedad a una aw (g agua/g materia seca)
Xm = es el contenido de humedad de la monocapa (g agua/g materia
seca)
C = es la constante relacionada al calor de sorción
Determinacion de la actividad antimicrobiana Condiciones para el desarrollo de la cepa
Se hizo crecer a la L. innocua en 150 ml de caldo soya tripticasa
enriquecido con 0.6% de extracto de levadura, mantenido en agitación
constante durante la noche a una temperatura controlada. Después se
inocularon 3 ml de este caldo en 150 ml de caldo fresco y se agitó por una hora
para obtener la concentración final de células.
Técnica de difusión del agar
Se vertieron 25 ml de agar soya tripticasa en cajas Petri y se dejaron
solidificar. Se inocularon 0.2 ml. del caldo con el microorganismo en cada una
de las cajas Petri. Se cortaron películas en círculos de 0.6 ml de diámetro y se
colocaron en las cajas inoculadas. Las cajas se mantuvieron a 4 C por 48 horas
y posteriormente fueron incubadas por 48 hrs en una estufa a 37 C. Se
determinó el efecto antimicrobiano de la película observando los halos de
inhibición alrededor de las películas.
RESULTADOS Determinación de grupos carbonilo y carboxilo
El contenido de grupos carbonilo y carboxilo de los almidones oxidados a
las diferentes concentraciones de cloro activo incrementó cuando la
concentración de cloro activo también aumentó (Cuadro 1). Este incremento
fue más pronunciado para el contenido de grupos carboxilo, el cual aumentó de
0.012 % para el almidón oxidado con 0.5 % de cloro activo a 0.027 % para el
almidón oxidado con 1.5 % de cloro activo; mientras que el incremento en los
grupos carbonilo fue de 0.018 % para el almidón oxidado con 0.5 % de cloro
activo a 0.031 % para el almidón oxidado con 1.5 % de cloro activo. Esto se
debe a que la oxidación fue realizada bajo una condición alcalina, a un pH de
9.5, lo cual favorece la producción de grupos carboxilo, en comparación con la
oxidación realizada bajo condiciones ácidas. Wang y Wang (2003), empleando
dos diferentes tipos de almidón de maíz: normal y ceroso, obtuvieron
contenidos de grupos carbonilo de 0.022 % y 0.014 % respectivamente, a un
nivel de oxidación del 0.5 % de cloro activo bajo iguales condiciones alcalinas.
En cuanto al contenido de grupos carboxilo, Wang y Wang (2003), reportaron
valores un poco más altos para los almidones de maíz normal y ceroso
empleando NaOCl como el agente oxidante a las concentraciones de 0.5 %,
1.0 % y 1.5 % de cloro activo.
Cuadro 1. Contenido de grupos carbonilos y carboxilos de los almidones
oxidados con NaOCl* a las diversas concentraciones de cloro activo (0.5 %, 1.0
% y 1.5 %).
Concentración de cloro
activo (%) Grupos carbonilo (%) Grupos carboxilo (%)
0.5
1.0
1.5
0.018 ± 0.0043a
0.019 ± 0.0058a
0.031 ± 0.0035b
0.012 ± 0.0011a
0.021 ± 0.0010b
0.027 ± 0.0016c
Solubilidad La solubilidad al agua de las películas de almidón de plátano disminuyó
por la adición del aceite de girasol (cuadro 2). Esto puede explicarse por el
hecho de que los aceites vegetales son sustancias hidrofóbicas que pueden
cambiar la polaridad de la película. Este comportamiento ha sido reportado por
otros investigadores (Ekthamasut y Akesowan, 2004).
Cuadro 2: Solubilidad al agua de películas de almidón de plátano oxidado
Muestra Sin aceite de
girasol
Con aceite de
girasol
Sin modificación 29.63 ± 0.24 24.27 ± 0.24
Modificado a 0.25% Cl 34.50 ± 2.12 33.87 ± 2.12
Modificado a 1.25% Cl 36.07 ± 0.70 33.52 ± 0.70
Modificado a 2.0% Cl 44.07 ± 2.73 34.67 ± 2.73
Las películas conteniendo el aceite esencial de canela presentaron una
menor solubilidad que las películas control, este era un efecto esperado debido
a la naturaleza del aceite, dado que son líquidos oleosos volátiles solubles en
etanol o cloroformo (Ayala, et al. 2005). Este efecto se acentuó con el tiempo
de almacenamiento, sobre todo para la película con aceite (Cuadro 3).
Cuadro 3: Solubilidad al agua de películas de almidón de plátano oxidado.
TRATAMIENTO SOLUBILIDAD (%)
Control, tiempo 0 35.85±2.24
Canela, tiempo 0 31.30±1.15
Control, tiempo 30 34.56±0.22
Canela, tiempo 30 28.80±0.49
Color La diferencia de color total se muestra en la figura 1, puede verse que la
oxidación tuvo un efecto significativo en el color, ya que antes de este proceso
eran de color café y fue perdiendo su coloración hasta hacerlo casi
transparente a medida que se incrementó la concentración de cloro.
Figura 1. Diferencia de color total de películas de almidón de plátano con
diferentes concentraciones de cloro.
75
80
85
90
95
100
control 0.25% Cl 1.25% Cl 2.0% Cl
Sample
Del
ta E
Propiedades mecánicas
La oxidación del almidón mejoró el porcentaje de elongación de las
películas en comparación con las de almidón nativo, independientemente del
contenido de glicerol (figura 2). El mayor valor se obtuvo para las elaboradas
con 50 % glicerol. La tensión a la fractura de las películas disminuyó a medida
que se aumentó el contenido de plastificante (Figura 3). El mejor valor se
encontró para las elaboradas con 25% glicerol. Se ha observado por otros
investigadores que el comportamiento de la elongación y la tensión a la fractura
tienen un comportamiento inverso.
Figura 2. Porcentaje de elongación de películas de almidón de plátano con diferente
concentración de plastificante
0
5
10
15
20
25
30
35
25 50 75 100
porcentaje de glicerol
Elon
gaci
on (%
)
almidon nativo almidon oxidado
Figura 3. Tensión a la fractura de películas de almidón de plátano con diferente
concentración de plastificante.
El aceite esencial de canela disminuyó la tensión a la fractura así como
el porcentaje de elongación (cuadro 4). Este resultado concuerda con lo
encontrado por Chi, et al. 2004. Durante el almacenamiento, las películas
control mostraron un aumento de la tensión a la fractura, no encontrándose un
efecto en el porcentaje de elongación. Para las películas con el aceite esencial
de canela se encontró una disminución tanto en la tensión a la fractura como
en el porcentaje de elongación.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
25 50 75 100
porcentaje glicerol
Tens
ion
(MPa
)
almidon nativo almidon oxidado
Cuadro 4: Propiedades mecánicas: tensión (T) y elongación (E) de películas de
almidón de plátano oxidado al 1%
TRATAMIENTO T (MPA) E (%)
Control, tiempo 0 21.24±2.5 16.66±4.3
Canela, tiempo 0 19.64±1.7 12.73±1.1
Control, tiempo 30 32.52±4.7 17.13±2.4
Canela, tiempo 30 15.60±2.3 7.17±1.8
Cuando se utilizaron diferentes aditivos en las películas, si hubo
diferencia por la concentración utilizada por cada aditivo, la tendencia general
fue que al aumentar la concentración de éste, se disminuyen sus propiedades
tanto de tensión a la fractura como porcentaje de elongación (Figura 3 y 4). El
incluir plastificantes o cualquier otro aditivo afecta las fuerzas intermoleculares
que dan como resultado una mayor flexibilidad a las películas. De los aditivos
utilizados, los mayores valores de tensión a la fractura se encontraron con la
zeína a 1.6%, la cera de candelilla al 1.2% y el ácido cítrico al 2%. Otros
investigadores encontraron valores similares de tensión a la fractura (3-5 MPa)
elaborando la película solo de zeína y glicerol (Lai y Padua, 1997). Películas
elaboradas con almidón de maíz y ácido cítrico por el método de extrusión
mostraron valores de 2.56 y 1.89 MPa respectivamente (Jiugao y col 2005), los
cuales son menores a los encontrados en este trabajo. Los valores obtenidos
para el porcentaje de elongación mostraron la misma tendencia, a mayor
concentración menor valor (Figura 4). Otros investigadores (Parris y Coffin,
1997) trabajaron con películas de zeína y glicerol obteniendo porcentajes de
elongación del 2.6%, valor menor al encontrado en este trabajo.
Figura 3. Tensión a la fractura de películas de almidón de plátano elaboradas con
diferentes aditivos.
Figura 4. Porcentaje de elongación de películas de almidón de plátano
elaboradas con diferentes aditivos.
0
1
2
3
4
5
6
control zeina 0.8% zeina 1.6% cera candelilla0.6%
cera candelilla1.2%
acido citrico 1% acido citrico 2%
tipo de pelicula
Tens
ión
((Pa)
0
5
10
15
20
25
30
control zeina 0.8% zeina 1.6% cera candelilla0.6%
cera candelilla1.2%
acido citrico 1% acido citrico 2%
tipo de película
Elon
gaci
ón (%
)
Permeabilidad al vapor de agua
En al figura 5 puede observarse que la permeabilidad al vapor de agua
aumentó al aumentar la concentración del plastificante, esto puede deberse a
que el plastificante utilizado fue glicerol, que es una sustancia hidrofílica y
causó que la película tuviera un comportamiento hidrofílico. Las películas
elaboradas con almidón oxidado aumentaron más ya que éste almidón tiene
incluidos grupos carbonilo y carboxilo producto de la oxidación que la hacen
más hidrofílica.
Figura 5. Permeabilidad al vapor de agua de películas de almidón de plátano
con diferente porcentaje de plastificante La adición de aceite vegetal mejora la permeabilidad al vapor de agua
(PVA) de las películas como se demuestra por una disminución en los valores
de PVA (Cuadro 5). Otros investigadores han reportado que aumentando la
concentración de ácido esteárico resulta en una disminución en la
permeabilidad de las películas (Kamper y Fennema, 1984). La forma en la que
los aceites vegetales mejoran la permeabilidad puede explicarse por el hecho
de que los ácidos grasos penetran en los espacios vacíos, por lo tanto permiten
0,00E+00
1,00E-09
2,00E-09
3,00E-09
4,00E-09
5,00E-09
6,00E-09
7,00E-09
8,00E-09
25 50 75 100
Porcentaje de glicerol
PVA
(g/m
s P
a)
almidon nativo almidon oxidado
una disminución en la difusión de moléculas de agua a través de la película
(Ekthamasut, y Akesowan, 2004).
Cuadro 5: Permeabilidad al vapor de agua de películas de almidón de plátano
con glicerol
Muestra Sin aceite de
girasol
con
aceite de girasol
Sin modificación 39.21± 3.88 26.71±0.25
Modificado a 0.25% Cl 36.47 ± 4.49 33.82±0.48
Modificado a 1.25% Cl 38.78 ± 4.23 31.83±0.33
Modificado a 2.0% Cl 42.07 ± 2.39 28.88±0.17
De una manera similar al fenómeno ocurrido con el aceite de girasol, el
aceite esencial de canela disminuyó la permeabilidad al vapor de agua en las
películas de almidón de plátano (figura 6), no se encontró diferencia
significativa con respecto al tiempo.
Figura 6. Permeabilidad al vapor de agua de películas de almidón de plátano
en función de la adición de aceite esencial de canela.
0.00E+00
2.00E-10
4.00E-10
6.00E-10
8.00E-10
1.00E-09
1.20E-09
1.40E-09
1.60E-09
1.80E-09
0 dias 30 dias
tiempo de almacenamiento
PVA
(g/m
s P
a)
canela control
Todos los aditivos utilizados en la formulación de las diferentes películas
mostraron una disminución en la permeabilidad al vapor de agua (Figura 7). La
mayor disminución se observó con la zeína, no encontrándose diferencia por la
concentración. La zeína, siendo una prolamina da un carácter hidrofóbico a la
película, disminuyendo su permeabilidad. Sin embargo, películas elaboradas
solo con zeína mostraron valores menores de permeabilidad (Romero, 1994).
La cera de candelilla mostró un valor un poco mayor, esto pudo deberse a que
aunque es una sustancia hidrofóbica, es muy importante la forma en que
incorpora, ya que si la emulsificación no fue adecuada, puede no haber
uniformidad en la película. El ácido cítrico, forma interacciones con el almidón
que disminuyen la permeabilidad sin embargo, son sensibles a la humedad
relativa del ambiente.
Figura 7. Permeabilidad al vapor de agua de películas de almidón de plátano
elaboradas con diferentes aditivos.
0,00E+00
1,00E-09
2,00E-09
3,00E-09
4,00E-09
5,00E-09
6,00E-09
control cera candelilla0.6%
cera candelilla1.2%
zeina 0.8% zeina 1.6% acido citrico 1% acido citrico 2%
Tipo de película
PVA
(g /m
s P
a)
Isotermas de sorción Las isotermas de sorción de las películas de almidón elaboradas con
diferente grado de oxidación fueron muy similares a bajas actividades de agua
(aw), pero cuando alcanzaron la aw de 0.7, las gráficas se separaron (figura 8).
Existió una mayor absorción cuando la película fue elaborada con un mayor
nivel de cloro.
Este resultado puede atribuirse a la oxidación del almidón de plátano
que hizo las películas más hidrofílicas debido a los grupos carbonilo y carboxilo
introducidos en la molécula de almidón. La forma de las curvas fue similar a
otras observadas por otros investigadores para películas de otras fuentes de
elaboración (Mali y col, 2004).
Figura 8. Isotermas de absorción de películas de almidón de plátano a
diferentes concentraciones
El contenido de humedad de la monocapa se muestra en la cuadro 6. El
valor de la monocapa indica la máxima cantidad de agua que puede ser
absorbida en una sola capa por gramo de película seca y es una medida de los
sitios de absorción.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Aw
Wat
er c
onte
nt
Native 0.25% Cl 1.25% Cl 2.0% Cl
La adición de plastificante provee más sitios activos para la exposición
de sus grupos hidroxilo hidrofílicos en el cual las moléculas de agua pueden ser
absorbidas. En el cuadro 6 puede observarse que cuando se añaden más
grupos carbonilo o carboxilo a la molécula de almidón, el valor de la monocapa
es mayor. Nuestros resultados concuerdan con aquéllos encontrados por otros
investigadores (Mali y col. 2005 y Al-Muhtaseb y col 2004.) que encontraron un
patrón similar en películas elaboradas con almidón de cassava y de proteína de
soya.
Cuadro 6. Contenido de humedad de la monocapa de películas elaboradas de
almidón de plátano.
Muestra Xm (g agua/ g m. s.)
Control 0.532
Modificado a 0.25% Cl 1.591
Modifcado a 1.25% Cl 1.697
Modificado a 2.0% Cl 2.015
Actividad antimicrobiana
En el cuadro 7 se presenta el resultado del ensayo antibacteriano de las
películas de almidón de plátano incorporado con sorbato de potasio o aceite
esencial de canela.
Aditivo utilizado Halo de inhibición (mm)
Canela
1.0% 3.714
1.5% 6.571
Sorbato
0.2% 0
0.3% 2.143
En el cuadro 7 puede observarse que la actividad antimicrobiana varió
dependiendo del tipo de aditivo y de la concentración utilizada. Se puede ver
que la mayor actividad antimicrobiana se presentó con la concentración de
1.5% del aceite esencial de canela. Este valor fue superior al encontrado por
Rojas-Grau y col. 2006, cuando evaluaron el aceite esencial de canela en
películas de puré de manzana sobre E. coli, es posible que la L. innocua sea
más sensible que la E. coli al aceite de canela. Otros investigadores han
trabajado con otros aceites esenciales como el de orégano, ajo, romero,
albahaca, cilantro y cada uno tiene una actividad microbiana diferente. En la
figura 9, puede observarse el halo de inhibición de una película de almidón de
plátano con aceite esencial de canela y con sorbato de potasio.
Figura 9. Halo de inhibición de películas de almidón de plátano con diferentes
antimicrobianos.
CONCLUSIONES
El almidón de plátano oxidado con glicerol tuvo una buena capacidad
para formar películas. El aceite esencial de canela como el aceite de girasol,
disminuyeron la solubilidad al agua y la permeabilidad al vapor de agua aunque
disminuye un poco las propiedades mecánicas. El color de los almidones y de
las películas tendió hacia el color blanco, conforme se aumentó el nivel de
oxidación. Las isotermas de sorción mostraron la sensibilidad a la humedad del
ambiente dependiendo de la concentración de cloro utilizado. Se encontró una
actividad antimicrobiana en las películas de almidón de plátano cuando se les
introdujo el aceite esencial de canela y en menor proporción con el sorbato de
potasio cuando se probó con la L. innocua.
Impacto
Es importante buscar nuevos materiales de empaque ya que se tiene un
problema de contaminación por los plásticos sintéticos. Los nuevos materiales
son elaborados de materias primas que existen en la naturaleza, con lo cual no
conducen a problemas ambientales y sus propiedades funcionales pueden
verse mejoradas con sustancias como los antimicrobianos, proteínas, etc.
Estos materiales podrán ser utilizados a futuro para prolongar la vida de
anaquel de frutos u hortalizas, alargando de esta forma su comercialización.
Por lo anterior, es posible utilizar al almidón de plátano como una fuente
alternativa para producir materiales de empaque biodegradables.
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