8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
1/40
OPTIMIZACIÓN DE PELÍCULASBIODEGRADABLES A BASE DE ALGINATO DE
SODIO Y GOMA GELANA DE BAJO ACILOMEDIANTE METODOLOGÍA DE SUPERFICIE
DE RESPUESTA
OSCAR JAVIER BERRIO GUZMÁNCRISTIAN MANUEL CUEVAS MARTÍNEZ
DIRECTOR
RAFAEL EMILIO GONZÁLEZ CUELLOPhD. BIOTECNOLOGÍA Y BIOINGENIERÍA
UNIVERSIDAD DE CARTAGENAFACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOSCARTAGENA DE INDIAS D. T. Y C.
2015
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
2/40
INTRODUCCIÓN
Policarbona oPoli! il!no
Poli!" ir!noPolia#i$aP%C
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
3/40
INTRODUCCIÓN
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
4/40
INTRODUCCIÓN
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
5/40
ALGINATOS
&ci$o" '(D(#an)r*nico +M, - . (L(/)l)r*nico +G, ,0 )ni$o" #!$ian ! !nlac!" 123
4o#o5ol6#!ro" M o G +(MMM( o 7GGG(, 4! !ro5ol6#!ro" +(MGMG(,8
Figura 1. Configuración "caja de huevo" en geles de alginato. Tomado deTavassoli-Kafrani, Shekarchizadebh, asoud!our- ehabadi, #$%&.
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
6/40
GELANA
'(D(/l)co"a '(D(9ci$o /l)c)r*nico .(L(ra#no"a
Enlac!" 12: - 123
Figura 2. 'nidad de tetrasac(rido constitu)ente de goma gelana de bajo acilo.Se indican los sitios de unión de los gru!os gliceril ) acilo sustitu)entes en el
!olisac(rido nativo. *da!tado de orris, +ishinari inaudo, #$%#.
S!hingomonas elodea
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
7/40
INTRODUCCIÓN
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
8/40
PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓNDEL PROBLEMA
R!")l a ra;onabl! ")5on!r
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
9/40
PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓNDEL PROBLEMA
?C*#o a@!c a la ariaci*n $! la" conc!n racion!" $! al/ina o "o$io - /!lana $! ba=o acilo la" 5ro5i!$a$!" #!c9nica" $! la" 5!l6c)la" bio$!/ra$abl!" !labora$a" a 5ar ir $! !" o" !l!#!n o"
?C*#o in@l)-!n la" conc!n racion!" $! /lic!rol "obr! la" 5ro5i!$a$!" #!c9nica" $! la" 5!l6c)la"
? ) conc!n raci*n $! ca$a co#5on!n ! $!b! ! i" ir !n la" 5!l6c)la" 5ara
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
10/40
PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓNDEL PROBLEMA
HIP TESIS
La #!;cla $! #a !rial!" 5oli# rico" co#o al/ina o $! "o$io - /o#a /!lana $! ba=o acilo0 con la a$ici*n $! /lic!rol0 #!=orar9 la" 5ro5i!$a$!" #!c9nica" !n
5!l6c)la" bio$!/ra$abl!" $!" ina$a" al !n a"a$o $! ali#!n o"8
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
11/40
JUSTIFICACIÓN
TERMOPLÁSTICOS S)r/! la i$!a $! ! al)ar la" 5ro5i!$a$!" #!c9nica" $! 5!l6c)la"
!labora$a" a 5ar ir $! ario" co#5on!n !" 5oli# rico"0 co#o "on !l
al/ina o $! "o$io - la /o#a /!lana $! ba=o acilo8
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
12/40
OBJETI%O GENERAL
O5 i#i;ar la" conc!n racion!" $! al/ina o $! "o$io/o#a /!lana $! ba=o acilo - /lic!rol !n la ob !nci*n $! 5!l6c)la" bio$!/ra$abl!" a ra " $!l # o$o $")5!r@ici! $! r!"5)!" a8
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
13/40
OBJETI%OS ESPECÍFICOS
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
14/40
ALCANCE DE LA IN%ESTIGACIÓN
S! !"5!ra
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
15/40
ANTECEDENTES
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
16/40
METODOLOGÍA ELABORACIÓN DELAS PELÍCULAS
A$ici*n $!co#5on!n !" $!a/)a $!" ila$a
S n H #l
A$ici*n $! 013/ $! CaCO:8
M!;cla -cal!n a#i!n o
K #inT C
M!;cla a C 1 #in
En@ria#i!n oT :H C
A=)" ! 54
S n 9ci$o c6 rico1 5
%!r i$oCa=a" $! P! ri
1 ## 1H##
S!ca$oT : 0H C
: $6a"
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
17/40
METODOLOGÍA PRUEBASMEC&NICAS
Mo$!lo "i#ilar al a$o5 a$o 5or G)o0 ZQ!n/0 )0et al 8+K 1 ,8
For#a r!c an/)lar 1H## H ##
M!$i$a $!l !"5!"or !n H 5)n o" $i" in o" $! la" 5!l6c)l+Calibra$or %!rni!r S arr! 0 5r!ci"i*n 01 ##,8
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
18/40
METODOLOGÍA PRUEBASMEC&NICAS
SQi#a$;) #o$!lo EZ(T!"EZ(S %!loci$a$ : ## #in8
A!"#$ 2. Fo o/ra@6a ! )r*#! rSQi#a$;) #o$!lo EZ(T!" EZ(S8Uni !r"i$a$ $! Car a/!na0 Car a/!na0Colo#bia8 F)!n ! B!rrio C)! a"0K 1H8
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
19/40
METODOLOGÍA DISE OE PERIMENTAL
Mini ab S a i" ical So@ Var! 8 1 5ara Win$oV" Di"!Xo ! 5!Bo 7 B!Qn !n con : @ac or!" - K ni !l!" 5or @ac or8
Tabla 1. actores ) niveles dise/o e0!erimental
F%&'$(N)*"+ N)*"+ &$,)-)&%,$
B% $ A+'$ B% $ A+'$ALG 0H 5 10 5 (1 1
GBA 0H 5 10 5 (1 1
GLI 0 1H0 (1 1
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8
V%+$( C$,)-)&%,$ V%+$( D"&$,)-)&%,$
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
20/40
E!/% $
V% $( C$,) )&%,$ V% $( D &$,) )&%,$
ALG GBA GLI ALG
3*
GBA
3*
GLI
*3*
M1 (1 (1 0H 0H 110H
M2 1 (1 10 0H 110H
M4 (1 1 0H 10 110HM 1 1 10 10 110H
M5 (1 (1 0H 0 H 0
M6 1 (1 10 0 H 0
M7 (1 1 0H 0 H 1H0
M8 1 1 10 0 H 1H0
M9 (1 (1 0 H 0H 0M10 1 (1 0 H 10 0
M11 (1 1 0 H 0H 1H0
M12 1 1 0 H 10 1H0
M14 0 H 0 H 110H
M1 0 H 0 H 110H
M15 0 H 0 H 110H
Tabla 2. atriz ddise/o e0!erimental
uente1 errio Cuevas, #$%&.
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
21/40
METODOLOGÍA DISE OE PERIMENTAL
N>#!ro $! !n"a-o" H8
SPSS 8 1: 5ara Win$oV" ANO%A $! )n @ac or[ in !r alcon@ian;a H
Pr)!ba $! T) !-8
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
22/40
METODOLOGÍA SUPERFICIE DERESPUESTA
Mo$!lo" 5ara $! !r#inar lo" !@!c o" "i#)l 9n!o" $! lo" @ac"obr! la r!"i" !ncia a la !n"i*n +RT, - !l 5orc!n a=! $!lon/aci*n + E, $! la" 5!l6c)la" !labora$a"8
' In !rc!5 o8' 10 'K - ' : E@!c o" lin!al!"8
' 1K0 'K: - ' 1: E@!c o" 5ro !ni!n !" $! la" in !raccion!"
' 110'KK - ' :: E@!c o" c)a$r9 ico"
\ Error al!a orioFac or!" ALG GBA GLI r!" !c i a#!n !8
No a Solo "! !n$r9n !n c)!n a !n !l #o$!lo a
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
23/40
AN&LISIS DE RESULTADOS
Tabla 3 2alores de resistencia a la tensión 3 T4 de !el5culas elaboradas a base
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
24/40
M:"/'(% ALG ; 3 < GBA ; 3 < GLI ; *3*< RTP($= > DE? ;MP%<
M1 0H 0H 110H K10 H ^ 10H1a
M2 10 0H 110H 13 0 ^ :0 Kb
M4 0H 10 110H H 0 3 ^ 30 He
M 10 10 110H K K0 ^ 0 f
M5 0H 0 H 0 :H0H3 ^ :03Ha
M6 10 0 H 0 1 03 ^ :0 c
M7 0H 0 H 1H0 :K033 ^ H0 Hª M8 10 0 H 1H0 1 H0 ^ 1:0 c
M9 0 H 0H 0 01 ^ 01d
M10 0 H 10 013 01 ^:0:
b
M11 0 H 0H 1H0 0K ^ 0: g
M12 0 H 10 1H0 1310: ^ 30K:b
M14 0 H 0 H 110H 1 0 ^ 01d
M1 0 H 0 H 110H 11:03 ^ 0HHd
M15 0 H 0 H 110H 1130 ^ 1:0:d
?L$/ *%+$("/ ," ("/)/'"!&)% % +% '"!/)@! &$! /: "( !,)&"/ ) :%+"/ )!,)&%! :" !$ "#)/'" ,)-"("!&)% "/'%, /')&% /) !)-)&%')*%
Tabla 3. 2alores de resistencia a la tensión 3 T4 de !el5culas elaboradas a basede alginato de sodio ) goma gelana de bajo acilo.
uente1 errio Cuevas, #$%&.
Tabla 4 2alores de !orcentaje de elongación 3674 de !el5culas elaboradas a base
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
25/40
M:"/'(% ALG ; 3 < GBA ; 3 < GLI ; *3*< E P($= > DE?
M1 0H 0H 110H K 0H ^ 0 H f
M2 10 0H 110H 130H ^ 0 Ka
M4 0H 10 110H KK03 ^ 0 g
M 10 10 110H 01 ^ 0Hh
M5 0H 0 H 0 K30 ^ 0:b
M6 10 0 H 0 0: ^ 01i
M7 0H 0 H 1H0 KH01 ^ 01:b
M8 10 0 H 1H0 110K ^ 0HK j
M9 0 H 0H 0 1 0 ^ 0K1c
M10 0 H 10 0 1H01 ^ 0Ka d
M11 0 H 0H 1H0 K 01 ^ 0K:c
M12 0 H 10 1H0 1 0 ^ 0KKd
M14 0 H 0 H 110H 1 0 ^ 01e
M1 0 H 0 H 110H 1 0 ^ 0:e
M15 0 H 0 H 110H 1 0 ^ 0e
?L$/ *%+$("/ ," ("/)/'"!&)% % +% '"!/)@! &$! /: "( !,)&"/ ) :%+"/ )!,)&%! :" !$ "#)/'" ,)-"("!&)% "/'%, /')&% /) !)-)&%')*%.
Tabla 4. 2alores de !orcentaje de elongación 3674 de !el5culas elaboradas a basede alginato de sodio ) goma gelana de bajo acilo.
uente1 errio Cuevas, #$%&.
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
26/40
Figura 3. Su!erficie deres!uesta T vs *89 vs 9 *
Figura 4. Contorno su!erficiede res!uesta T vs *89 vs 9 *
50
100
150
0,500,75%
200
1,00%
1,00%
0,75%
RT
GBA
ALG
G B A
1,00%0,90%0,80%0,70%0,60%0,50%
1,00%
0,90%
0,80%
0,70%
0,60%
0,50%
Valor
50100150
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8 F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
27/40
Figura 5. Su!erficie deres!uesta T vs *89 vs 98:
Figura 6. Contorno su!erficiede res!uesta T vs *89 vs 98:
50
100
150
0,500,75%
200
14,00%12,00%
10,00%8,00%
1,00%
RT
GLI
ALG
G L I
1,00%0,90%0,80%0,70%0,60%0,50%
15,00%
14,00%
13,00%
12,00%
11,00%
10,00%
9,00%
8,00%
Valor
5075
100125150
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8 F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
28/40
Figura 7. Su!erficie deres!uesta T vs 9 * vs 98:
Figura 8. Contorno su!erficiede res!uesta T vs 9 * vs 98:
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8
100
120
0,500,75%
140
14,00%12,00%
10,00%8,00%
1,00%
RT
GLI
GBA
G L I
1,00%0,90%0,80%0,70%0,60%0,50%
15,00%
14,00%
13,00%
12,00%
11,00%
10,00%
9,00%
8,00%
Valor
90100110120130
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
29/40
Tabla 6. Coeficientes de regresión estimados T
V%()% +"3I!'"(%&&)@! C$"-)&)"!'" PC$!/'%!'" ' (K1 0 1_
ALG ' 1 3 3 0 _
GBA ' K 33 1 01 K
GLI ' : 0 K
ALG ALG ' 11 (13 3 : 0 _
ALG GBA ' 1K H 1 01 :
ALG GLI ' 1: (K 0::?P 0 05.
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8
R K 0H1 Conc!n raci*n $! al/ina o $! "o$io8
K Conc!n raci*n $! /o#a /!lana8
: Conc!n raci*n $! /lic!rol8
RT R!"i" !ncia a la !n"i*n !" i#a$a8
R K 0
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
30/40
Figura 9. Su!erficie deres!uesta 67 vs *89 vs 9 *
Figura 10. Contorno su!erficiede res!uesta 67 vs *89 vs 9 *
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8 F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H
10
15
20
0,50,75%
25
1,00%
1,00%
0,75%
% E
GBA
ALG
G B A
1,00%0,90%0,80%0,70%0,60%0,50%
1,00%
0,90%
0,80%
0,70%
0,60%
0,50%
Valo
112
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
31/40
Figura 11. Su!erficie deres!uesta 67 vs *89 vs 98:
Figura 12. Contorno su!erficiede res!uesta 67 vs *89 vs 98:
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8 F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H
10
15
20
0,500,75%
25
8,1,00%
14,00%
12,00%10,00%
% E
GLI
ALG
G L I
1,00%0,90%0,80%0,70%0,60%0,50%
15,00%
14,00%
13,00%
12,00%
11,00%
10,00%
9,00%
8,00%
Valo
111122
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
32/40
Figura 13. Su!erficie deres!uesta 67 vs 9 * vs 98:
Figura 14. Contorno su!erficiede res!uesta 67 vs 9 * vs 98:
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8 F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H
14
16
18
0,500,75% 8,
1,00%
14,00%
12,00%10,00%
% E
GLI
GBA
G L I
1,00%0,90%0,80%0,70%0,60%0,50%
15,00%
14,00%
13,00%
12,00%
11,00%
10,00%
9,00%
8,00%
Valo
11111
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
33/40
Tabla 7. Coeficientes de regresión estimados 67
V%()% +"3I!'"(%&&)@! C$"-)&)"!'" PC$!/'%!'" ' : 0 _
ALG ' 1 (1 3H 0 K_
GBA ' K (13 0 HH
GLI ' : 1K 01K
ALG GBA ' 1K (1K K 0 HK?P 0 05.
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8
R K 0 1
1 Conc!n raci*n $! al/ina o $! "o$io8
K Conc!n raci*n $! /o#a /!lana8
: Conc!n raci*n $! /lic!rol8
E Porc!n a=! $! !lon/aci*n !" i#a$o8
R K 0
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
34/40
OPTIMIZACIÓN
"l#
Baj1,0000$'(o
) * 1,0000
+ -'(oRT
. * 211,868
1,0000$esea/'l')a
o(& es#o
0,08000,150
0,00500,010
0,00500,010 GB GLILG0,010 0,010 0,0800
Figura 15. ;!timización T
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8
RT= # E/')=%,$
A+ )!%'$ ," /$,)$10 5
G$=% "+%!%10 5
G+)&"($+0
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
35/40
OPTIMIZACIÓN
Figura 16. ;!timización 67
F)!n ! B!rrio C)! a"0 K 1H8
"l#Ba0,99650
$'(o
) * 0,9965
+ -'(o%!
. * 27,4037
0,99650$esea/'l')a
o(& es#o
0,08000,150
0,00500,010
0,00500,010
GB GLILG0,0050 0,0050 0,150
E = # E/')=%,$
A+ )!%'$ ," /$,)$0H 5
G$=% "+%!%0H 5
G+)&"($+1H0
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
36/40
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
37/40
CONCLUSIONES
La" 5!l6c)la" !labora$a" a 5ar ir $! al/ina o $! "o$io0 /o#a /!lana $! ba=oacilo - /lic!rol0 5r!"!n aron ariacion!" !n la" 5ro5i!$a$!" #!c9nica"!" )$ia$a" con@or#! a)#!n aba o $i"#in)6a ca$a co#5on!n !8
Un incr!#!n o !n la conc!n raci*n $! al/ina o - o /o#a /!lana in@l)-! $!#an!ra 5o"i i a "obr! la r!"i" !ncia a la !n"i*n0 5!ro $i"#in)-! lo" alor!" $
E8
Un incr!#!n o !n la conc!n raci*n $! /lic!rol in@l)-! $! #an!ra 5o"i i a"obr! !l 5orc!n a=! $! !lon/aci*n0 5!ro $i"#in)-! lo" alor!" $! RT8
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
38/40
CONCLUSIONES
Lo" $a o" ob !ni$o" 5!r#i i!ron con" r)ir #o$!lo" a ra " $! la #! o$olo$! ")5!r@ici! $! r!"5)!" a 5ara ! 5licar !l co#5or a#i!n o $! RT - E @r!na lo" @ac or!" !" )$ia$o"8
A 5ar ir $! lo" #o$!lo" $!"arrolla$o" "! ob ) i!ron lo" alor!" *5 i#o" !n lconc!n raci*n $! al/ina o $! "o$io0 /o#a /!lana $! ba=o acilo - /lic!rol0 5ara!laborar 5!l6c)la" con la" #!=or!" 5ro5i!$a$!" #!c9nica"8
Conc!n racion!" #9 i#a" $! al/ina o $! "o$io - /o#a /!lana $! ba=o acilo0 -#6ni#a" $! /lic!rol0 5ro !!n la" 5!l6c)la" #a" r!"i" !n !" +RT K110 MPa#i!n ra"
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
39/40
8/17/2019 Propiedades Mecánicas de Películas Biodegradables de Alginato de Sodio y Gelana de Bajo Ácilo
40/40