IX CONGRESO DE CIENCIA DE LOS ALIMENTOS y V FORO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS

Transcripción

1 Efecto de aditivos sobre las propiedades mecánicas y de barrera de películas de almidón de plátano oxidado Claudia A. Romero-Bastida, Luis A. Bello-Pérez. Instituto Politécnico Nacional, Centro de Desarrollo de Productos Bióticos. Departamento de Desarrollo Tecnológico. AP 24. Yautepec, 62731, Morelos, México. bastida@ipn.mx. Resumen El almidón de plátano oxidado tiene buenas cualidades para formar películas, sin embargo; tienen alta permeabilidad. Se adicionaron diferentes sustancias (zeína, cera de candelilla y ácido cítrico) a dos concentraciones difierentes en la formulación de la película de almidón de plátano, las cuales fueron gelatinizadas y secadas en estufa para obtener las películas. Se evaluó la permeabilidad al vapor de agua y las propiedades mecánicas (tensión a la fractura y porcentaje de elongación). Los resultados obtenidos mostraron que la zeína y la cera de candelilla fueron los mejores aditivos para disminuir la permeabilidad. La tensión a la fractura no cambio por la adición de estas sustancias. Sin embargo el porcentaje de elongación si disminuyó. Palabras clave: películas de almidón, permeabilidad al vapor de agua Abstract Banana starch has good film forming qualities however it has high permeability. Different substances (zein, candelilla wax, citric acid) were added to the film formulation that were gelatinized and dried to obtain the films. Two concentrations were used for each substance. Water vapor permeability and mechanical properties (tensile strength and elongation percentage) were evaluated. The obtained results showed that zein and candelilla wax were the best additives to decrease the permeability. Tensile strength was not negatively affected by the substance addition. However elongation percentage decreased. Introducción El creciente interés por el desarrollo de películas para incrementar la conservación de alimentos se debe fundamentalmente a las exigencias de reducir el impacto en la contaminación ambiental que se ha producido con el incremento de desechos generados por el uso de envases plásticos de origen sintético para el empacado y distribución de alimentos (Parra y col. 2004). Una de las alternativas para solucionar esta problemática la constituye el desarrollo de materiales biodegradables con propiedades funcionales semejantes a los convencionales. De las materias primas renovables para hacer estos materiales se encuentran los polisacáridos, las proteínas o los lípidos. Pueden elaborarse solos o en 320

2 mezcla, ya que de esta forma es posible combinar las características propias de cada uno (García y col. 1999). Por ejemplo, es sabido que las películas elaboradas a base de polisacáridos tienen una baja resistencia al vapor de agua y en contraste las películas hechas solo de materiales hidrofóbicas tienen una alta resistencia a la humedad pero son muy frágiles. A parte de los materiales que proporcionan la red tridimensional que forma la película, existen otras sustancias que le dan flexibilidad como son los plastificantes (glicerol, sorbitol, o azúcares). Sin embargo, éstos aumentan la permeabilidad al vapor de agua, aunque también se encuentran sustancias reticulantes que disminuyen la permeabilidad (zeína). Por lo anterior, es necesario hacer pruebas para combinar varias sustancias, que en su conjunto, puedan proporcionar una película con buenas propiedades mecánicas y de barrera. La influencia de un aditivo dado dependerá de su concentración, estructura química, grado de dispersión en la película y del grado de interacción con el polímero (Kester y Fennema, 1986). El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de varias sustancias como la cera de candelilla, zeína y ácido cítrico en las propiedades mecánicas y de barrera de una película elaborada a base de almidón de plátano oxidado. Materiales y Métodos El almidón y el glicerol fueron directamente mezclados con agua y agitación constante, calentados de 30 a 95 C y mantenidos a 95 C por 10 min. A esta película se le denominó control. La película conteniendo ácido cítrico (1 y 2%) se le incluyó después de adicionar los otros componentes, se mezcló y se gelatinizó la muestra. En la película con cera de candelilla (0.6 y 1.2%) se gelatinizó primero el almidón y después se fundió la cera para adicionarse al almidón. Se emulsionó la suspensión por 5 minutos a 10,000 rpm. En la película con zeína, se fabricó primero la película de almidón y a parte se disolvió la zeína en agua:etanol en una proporción 30:70 para después incorporar las dos partes. Estas soluciones se vertieron en placas de vidrio 20x20 cm. y se secaron a 65 C por 2 hrs. Las pruebas mecánicas se realizaron con un texturómetro TA.XT2i. Se usaron muestras de 8 cm. de largo y 0.7 cm. de ancho y al menos 4 muestras se usaron para cada formulación. La distancia entre las pinzas será de 6 cm. y la velocidad del ensayo de 10 mm/min. La fuerza máxima a la ruptura y la extensión al momento de la ruptura se obtuvo de las curvas de la fuerza vs. deformación de acuerdo al método de la ASTM D El esfuerzo a la ruptura se calculó de dividir la fuerza máxima entre el área de sección transversal (espesor por el ancho) de la película. El porcentaje de elongación se calculó de 321

3 dividir la deformación a la fractura por la longitud inicial de la muestra y multiplicar por 100. 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. Para evaluar la permeabilidad de agua se utilizó la técnica de la ASTM D Resultados y Discusión Todos los aditivos utilizados en la formulación de las diferentes películas mostraron una disminución en la permeabilidad al vapor de agua (Figura 1). 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. 6,00E-09 5,00E-09 4,00E-09 PVA (g /m s Pa) 3,00E-09 2,00E-09 1,00E-09 0,00E+00 control 0.6% 1.2% zeina 0.8% zeina 1.6% acido citrico 1% acido citrico 2% Tipo de película Figura 1. Permeabilidad al vapor de agua de películas de almidón de plátano elaboradas con diferentes aditivos. 322

4 En cuanto a las propiedades mecánicas, 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 2). 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 3). 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 Tensión ((Pa) control zeina 0.8% zeina 1.6% 0.6% 1.2% acido citrico 1% acido citrico 2% tipo de pelicula 323

5 Elongación (%) control zeina 0.8% zeina 1.6% 0.6% 1.2% acido citrico 1% acido citrico 2% tipo de película Figura 2. Tensión a la fractura de películas de almidón de plátano elaboradas con diferentes aditivos. Figura 3. Porcentaje de elongación de películas de almidón de plátano elaboradas con diferentes aditivos. Conclusiones El incluir diferentes aditivos en la formulación de la película afecta sus propiedades funcionales. La permeabilidad al vapor de agua puede ser mejorada mezclando zeína o cera de candelilla en la película de almidón de plátano. La tensión a la fractura fue similar a la película elaborada control, aunque el porcentaje de elongación disminuyó. Es importante determinar la compatibilidad de las sustancias seleccionadas ya que influenciarán sus propiedades funcionales y en un futuro la vida de anaquel y calidad de los frutos en los cuales serán aplicados. Bibliografía García, M. A.; Martino, M. N.; & Zaritzky, N. E Edible starch films and coatings characterization: Scanning electron microscopy, water vapor transmission and gas permeabilities. Scanning, 21(5): Jiugao, Y. Ning, W. & Xiaofei, M The effects of citric acid on the properties of thermoplastic starch plasticized by glycerol. Starch/Starke 57:

6 Kester, J. J. & Fennema, O Edible films and coatings: A review. Food Technol, 40: Lai, H. M. & Padua, G. W Properties and microstructure of plasticized zein films. Cereal Chem. 74: Parra, D. F.; Tadini, C. C.; Ponce, P. and Lugao, A. B Mechanical properties and water vapor transmission in some blends of cassava starch edible films. Carbohydrate Polym. 58: Parris N. & Coffin, D Composition factors affecting the water vapor permeability and tensile properties of hydrophilic zein films. J. Agric. Food Chem. 45: