Propiedades fisico-quimicas de peliculas comestibles usadas como soporte de antimicrobianos

SILVIA FLORES; LUCIA FAMA; MARIA LUCIA POLLIO; ANA M. ROJAS; SILVIA GOYANES; LIA GERSCHENSON

Olavarria, Pcia de Buenos Aires

Congreso; XXV Congreso Argentino de Química "Dr. Eduardo J. Bottani”; 2004

AQA- Facultad de Ingeniería, UNCPBA.

PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DE PELICULAS COMESTIBLES USADAS COMO SOPORTE DE ANTIMICROBIANOS Silvia Flores, Lucía Famá, Lucía Pollio, Ana Rojas, Silvia Goyanes, Lía Gerschenson Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Industrias.  Ciudad Universitaria, Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Dirigir consultas a: lia@di.fcen.uba.ar INTRODUCCION Actualmente distintos hidrocoloides, se proponen como material básico para elaborar películas comestibles, capaces de recubrir alimentos y, de esta forma, impartirles propiedades funcionales específicas, en forma localizada, que puedan ser útiles para mejorar su calidad global y, principalmente, extender su vida útil. Dentro de estas propiedades funcionales se pueden mencionar: retardar la migración de humedad, el transporte de gases, la migración de grasas y aceites y el transporte de solutos, mejorar las propiedades involucradas en el manipuleo mecánico de los alimentos, impartir integridad estructural adicional, retener compuestos volátiles responsables del flavor, soportar aditivos alimentarios, por ejemplo antimicrobianos como el sorbato de potasio (KS) o el benzoato de sodio para prevenir el desarrollo microbiano [1, 2]. El estudio de las propiedades fisico-químicas de las películas comestibles con relación a su composición es importante con el fin de optimizar la calidad del alimento tratado, asegurando su adecuada perfomance y la aceptación por parte del consumidor. En el presente trabajo, se estudió el efecto de la presencia de sorbato en las propiedades mecánicas y sorcionales, la solubilidad y el desarrollo de color, de películas comestibles preparadas con suspensiones de almidón de mandioca conteniendo glicerol, como plastificante. PARTE EXPERIMENTAL ·        Preparación de las muestras Las películas fueron preparadas a partir de una suspensión acuosa de almidón de mandioca (5 % w/w) y glicerol (2,5 % w/w), la cual fue tratada térmicamente a fin de gelatinizarla (80-82ºC). En el caso del sistema con KS, el mismo fue agregado antes de la gelatinización (0,3 % w/w). Luego de la desgasificación al vacío, la mezcla fue vertida sobre plexiglass y se realizó el secado en estufa con circulación de aire a 50-52ºC durante dos horas. El secado se completó a temperatura ambiente y, finalmente, las muestras fueron equilibradas a HR 57,5 % y a 25ºC antes de caracterizarlas. ·        Propiedades mecánicas Las pruebas para caracterizar el comportamiento viscoelástico fueron realizadas en un equipo DMTA IV Rheometric Scientific (Rheometric Scientific Inc., New Jersey, USA), empleando el modo de Tensión Rectangular. Se realizó un barrido de deformación hasta 1.0%, a 1 Hz de frecuencia, para determinar el rango viscoelástico lineal. · Estudios cuasi-estáticos La velocidad de deformación se fijó en un valor de 5.10-4 seg-1  y el experimento se desarrolló hasta ruptura. Se utilizaron probetas con forma de cuello, ya que esta geometría minimiza la distribución despareja de estrés y evita el quiebre en el área de contacto con las tenazas de sujeción.  Los ensayos se realizaron por cuadruplicado y el promedio se usó para el cálculo del esfuerzo de ruptura (sr) y la elongación a ruptura (er). ·        Estudios oscilatorios Las muestras fueron sometidas a una deformación cíclica del 0.04%, a 1 Hz y a 25ºC. Dicha deformación fue lo suficientemente pequeña como para asegurar que la respuesta mecánica del espécimen estaba dentro del rango viscoelástico lineal. Para estos ensayos se emplearon tiras rectangulares. Siete muestras se estudiaron para cada condición y tipo de película y se reporta el  promedio de dichos datos. ·        Comportamiento sorcional Para obtener las isotermas de adsorción a 25ºC se utilizó el método estático: las películas se deshidrataron sobre CaCl2, luego fueron colocadas dentro de desecadores conteniendo distintas soluciones salinas saturadas a fin de equilibrarlas en atmósferas de humedad relativa entre 11,3 y 93,6%. La masa seca se determinó empleando una estufa de vacío a 70ºC. Todas las determinaciones se realizaron por duplicado. El comportamiento sorcional se modeló con la ecuación GAB mediante regresión no lineal [3]. ·         Solubilidad Se cortaron discos de 2 cm de diámetro, se sumergieron en agua destilada y se determinó la masa seca de las muestras antes y después de 24 hs de tratamiento a 25ºC.  La solubilidad se informa como el porcentaje de la diferencia de masa seca antes y después de la solubilización, respecto de la masa seca inicial [4]. ·        Color Para esta determinación se utilizó un colorímetro Minolta  CM-500d y un fondo blanco patrón. Se cortaron discos de diámetro adecuado a partir de las películas y se determinó el Indice de Amarillo (Yellow Index, YI) según norma ASTM 1925 [5]. Este índice es indicador del grado de pardeamiento de la muestra respecto al blanco. Las determinaciones fueron realizadas a lo largo de 16 semanas. RESULTADOS Y DISCUSION Propiedades mecánicas Los rangos de viscoelasticidad lineal resultaron de 0,30 y 0.38% de deformación, para los distintos sistemas. De acuerdo al perfil esfuerzo-deformación, el comportamiento de las muestras es el típico de los plásticos dúctiles.  Como es propio de estos materiales, las películas exhiben dos regiones características: a bajas deformaciones (menores que 10%) el estrés aumenta rápidamente y la pendiente inicial es aguda en la región elástica, indicando un alto Módulo de almacenamiento (E’). A alta deformación las películas muestran un lento aumento del esfuerzo hasta que ocurre la rotura. La Tabla 1 muestra que la película sin KS, luego de 2 semanas de almacenamiento, presenta un mayor E’, una menor tangente de pérdida (tan d) y una menor deformación a rotura (er). Es importante destacar que las películas conteniendo sorbato no muestran un fenómeno de estrechamiento y no presentan un máximo notable (rotura) en la curva esfuerzo-deformación hasta la máxima deformación ensayada (80%). Por lo tanto, el sorbato parecería aumentar la flexibilidad de las cadenas poliméricas. La elongación a rotura aumenta y se obtiene una mayor ductilidad a expensas de la rigidez. El mayor tan d de los films con sorbato indica una red menos elástica. Películas con KS Películas sin KS Viscoelasticidad lineal, eel (%) 0,30 ± 0,05 0,38 ± 0,03 Módulo elástico, E´ (MPa) 1,33 ± 0,23 5,2 ± 1,2 Tangente de pérdida, tan d 0,46 ± 0,03 0,16 ± 0,02     Deformación a rotura, er (%) > 80 30,5 ± 0,5       Esfuerzo a rotura, sr (Pa) 2,98 ± 0,56 6,9 ± 1,5 Tabla 1: Caracterización mecánica para los sistemas con y sin KS a las dos semanas de almacenamiento. Propiedades sorcionales Figura 1 - Isotermas de adsorción de películas con y sin KS En la Figura 1 se representa la isoterma de adsorción de la película con y sin KS, a 25ºC. La isoterma es de tipo II, según la clasificación de Brunauer, Emmett y Teller. Puede verse en dicha figura que para actividades de agua comprendidas entre 0,10 y  0,40, las isotermas presentan una zona prácticamente lineal. Para actividades de agua mayores a 0,60, se produce un rápido aumento de la humedad sorbida con el aw. Las isotermas fueron modeladas mediante la ecuación de GAB. En la Tabla 2 se resumen los parámetros C, K y mm, como así también el coeficiente de regresión R2 (bondad del ajuste).  Los parámetros no muestran una diferencia significativa por la presencia de KS. Parámetro GAB Películas con KS Películas sin KS C 2,9 ± 0,8 4,8 ± 1,5 mm (g H2O/100 g.m.) 11,0 ± 0,7 9,3 ± 0,8 K 0,965 ± 0,006 0,985 ± 0,015 R2 0,9988 0,9981                   Tabla 2 - Parámetros de GAB para películas con y sin KS. Solubilidad La película conteniendo sorbato presentó una solubilidad de 29,5%, levemente mayor que la de 21,4% observada para la película sin sorbato. El KS afectaría la conformación de la doble hélice del almidón, favoreciendo la disolución de la película. Color Figura 2 – Determinación del YI en películas con y sin KS El YI fue significativamente mayor para las películas con sorbato, (Figura 2). Este comportamiento puede atribuirse a la oxidación parcial del KS.  El mismo puede oxidarse fácilmente, dando productos de color pardo durante la fabricación de las películas.  Por otro lado, es positivo que el YI no se modifique notoriamente a largo del período de almacenamiento. Para las películas conteniendo el antimicrobiano, ocurre un nuevo aumento del YI para tiempos mayores a seis semanas. CONCLUSIONES La incorporación de sorbato de potasio a las películas comestibles elaboradas con almidón de mandioca y glicerol no afectó la adsorción de agua por parte de la películas pero determinó: Ø      El cambio de las propiedades mecánicas de la películas, lo que se evidenció en los ensayos cuasi-estáticos a través del decrecimiento del esfuerzo a rotura e incremento de la deformación a rotura. En los ensayos dinámicos se observó la disminución del módulo elástico (E’) y el aumento de tan d,   efecto característico de los plastificantes. Ø      El aumento del índice de amarillo (YI) de las películas. Ø      La mayor solubilidad de las películas. Referencias [1] Kester J.J., Fennema O.R. 1986. Edible films and coatings: a review.  Food Technology, 47-59. [2] Krochta J., Baldwin E., Nísperos-Carriedo M. 1994. Edible coatings and films to improve food quality.  Technomic Publishing Co., Lancaster, Pa., U.S.A. [3] Cheftel J-Cl; Cheftel H. y Besancon, P. 1983. Introducción a la bioquímica y tecnología de los alimentos. Editorial Acribia. Zaragoza, España. [4 ] Gontard N., Guilbert S., Cuq J-L. 1992. Edible wheat gluten films: Influence of the Main process variables on film propierties using response surface methodology. Journal of Food Science, 57-61, [5] ASTM 1925-70. 1988. Test Method for Yellowness Index of Plastics, American Society for Testing an Materials, Philadelphia, PA.