UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE … · ... viscosidad absoluta y pH. La carga de sólidos...

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.



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



X

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



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



XII

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



XIII

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



XIV

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



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



SECCIÓN I. MARCO INTRODUCTORIO



S

ecció

n:

MA

RC

O IN

TR

OD

UC

TO

RIO

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



S

ecció

n:

MA

RC

O IN

TR

OD

UC

TO

RIO

2

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O IN

TR

OD

UC

TO

RIO

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.



SECCIÓN II. MARCO TEORICO



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

4

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,



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

5

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

6

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

7

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

8

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

9

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

10

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

11

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%.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

12

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

13

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

14

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

15

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

16

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

17

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

18

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

19

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

20

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

21

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

22

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

23

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

24

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.


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.




S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

25

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.


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


Contener aditivos

Las películas pueden contener aditivos, que contribuyan a los procesos de conservación del alimento, mejorando las propiedades de la película o recubrimiento.


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).



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

26

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

27

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).



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

28

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

29

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

30

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

31

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



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

32

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

33

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O T

EO

RIC

O

34

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.



SECCIÓN III. MARCO EXPERIMENTAL



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

35

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

36

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

37

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

38

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

39

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

40

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

41

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

42

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

43

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

44

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

45

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:



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

46

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

47

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

48

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

49

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

50

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

51

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

52

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

53

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

54

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

55

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

56

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

57

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

58

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

59

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:



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

60

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:



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

61

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:



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

62

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

63

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

64

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

65

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:



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

66

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

67

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

68

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

69

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

70

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

71

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

72

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

73

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

74

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

75

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

76

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

77

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

78

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

79

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



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

80

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.



S

ecció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

81

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

82

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).



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

83

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:



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

84

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).



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

85

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

86

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


0,0006 0,0013 0,0019 0,0025


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


[η]intrínseca 9,41 dl/g

*Los datos se obtuvieron a 28°C



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

87

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

88

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


0 0,000628 0,0012184 0,001883 0,002510


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


[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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

89

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

90

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



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

91

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



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

92

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



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

93

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



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

94

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

95

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



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

96

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



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

97

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)



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

98

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



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

99

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

100

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

101

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

102

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.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

103

BIBLIOGRAFÍA

1. Aguilar Mendez, Miguel Angel.. Propiedades fisícas y mecánicas de películas

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

films de quitosano. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Quimicas y

Farmacéuticas. Chile, (2005).

4. Casariego, A.; Souza, B.W.S; Vicente, A. A.; Teixeira, J. A. Section VI

International Symposium on FOOD AND AGRICULTURAL PRODUCTS:

PROCESSING AND INNOVATIONS- CGIR. Naples, Italy, 2007

5. Del Río Armas, Leizet. (2002). Obtención y caracterización de películas de

quitosana para ser utilizadas como matrices para la dosificación de los

principios activos: Tramadol y Vimang. (Ed.), Universidad de la Habana

Facultad de Quimica.

6. Díaz Mora, M. Evaluación preliminar de la vida de anaquel de papaya tratada

osmóticamente con películas de quitosano. Universidad de Las Américas

Puebla. Escuela de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Química y

Alimentos. Puebla México. enero del 2003

7. 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.

8. Erny Dyahningtyas,T.; Potency of chitosan as a bioactive edible coating for

preservation of meat common shrimps (crangon crangon). Universidad de

Hamburgo. Hamburgo, 2010.

9. Famá, L.; Flores S.; Rojas A. M.; Goyanes S.; Gerschenson, L.

Comportamiento mecánico dinámico de películas comestibles a bajas



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

104

temperaturas. Influencia del contenido de sorbato y grado de acidez. (Ed.),

Congreso Conamet/SAM. (2004).

10. Famá, L.; Flores S.; Rojas A. M.; Goyanes S.; Gerschenson, L. Películas

comestibles de aplicación industrial. (Ed.), Jornadas SAM/ Conamet/

Simposio. (2003).

11. Guilbert, S. Technology and application of edible protective films. In:

Mathlouthi, M. (ed.), Food Packaging and Preservation. Theory and

Practice. Elsevier Appl. Science. Pub. Co. London, England. 1986

12. Hidalgo, C.; Súarez, Y.; Fernández, M; Validación de una técnica

potenciométrica para determinar el grado de desacetilación de la quitosana.

(Ed.), Ars Pharm. (2008).

13. Jara, O.; Guamán, J.; Obtención experimental de Quitosano y su aplicación

en el tratamiento de aguas residuales y clarificación del agua. Facultad de

Ingeniería Química, Universidad de Guayaquil, Ecuador, 2005.

14. Kester, J.J.; Fennema, O. Edible films and coatings: A rewiew. Food

Technology. Chicago, United States, 1986.

15. Lárez Velásquez C.; Medina D., Millán Barrios, E. Estudio viscosimétrico de

la degradación enzimática de quitosano. (Ed.), Rev Soc Quím. Perú.

(2008).

16. Miranda, S. Patricia., Cárdenas Galo, López Damián, Lara S. Alma V. .

Comportamiento de películas de quitosán compuesto en un modelo de

almacenamiento de aguacate. (Ed.), Journal of the Mexican Chemical

Society, México,(2003).

17. Moreira, M.; Pereda, M.; Marcovich, N. E.; Roura, S. I.; Propiedades

antimicrobianas de películas comestibls hibridas caseinato de

sodio/quitosano: aplicación sobre alimentos de origen vegetal, cárnico y

lacteo. (Ed.), Agrobio envases. (2010).

18. Nadeem, A.; Zafar, I.; Mehdi, M.; Ishfaq, A.; Postharvest Quality Of Mango

(Mangifera Indica L.), Pak. J. Bot., 41(1). Pakistán, 2009.

19. Fruit As Affected By Chitosan Coating

20. Parada L. G.; Crespín G. D.; Miranda R.; Katime I.; Caracterización de

Quitosano, por viscosimetria capilar y valoración potenciométrica. (Ed.),

Revista Iberoamericana de Polímeros. (2004).



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

105

21. Quintero, C.; Falguera, Juan; Muñoz, Victor; Aldemar, H.; Películas y

recubrimientos comestibles: importancia y tendencias recientes en la

cadena hortofrutícola. (Ed.), Revista Tumbaga, (2010).

22. Rinaudo, M.; Milas, M.; Le Dung, P. Characterization of chitosan. Influence of

ionic strength and degree of acetylation on chain expansion. Int J.

Macromol.; Vol. 15; 1993.

23. Ruiz Cruz; Guevara Gálvez C.L.; Estrada Alvarado I.; Cira Chavéz L.;

Gassós Ortega L.; Llanez Samaniego A.; (2010). Aplicación de películas

comestibles a base de quitosano y almidon para mantener la calidad

sensorial y microbiológica de melón fresco cortado. (Ed.), Toctli RICTB

24. Ting Liu, Tina.; Tesis: Edible films from starch and chitosan: Formulation and

gas permeabilities. Universidad de Waterloo. Canada, 2008.



Secció

n:

MA

RC

O E

XP

ER

IME

NT

AL

106

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE … · ... viscosidad absoluta y pH. La carga de sólidos...

Documents

Transcript of UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE … · ... viscosidad absoluta y pH. La carga de sólidos...