Caracterización mecánica y reológica de biopelículas de polisacáridos para bioempaque de alimentos

Abstract

La creciente preocupación por el impacto ambiental de los empaques convencionalesha impulsado la investigación en alternativas sostenibles. En este contexto, lasbiopelículas hechas con polisacáridos han emergido como una prometedora opciónpara bioempaque. Los polisacáridos, debido a su abundancia, biodegradabilidad ypropiedades biocompatibles, son materiales ideales para desarrollar empaquesecológicos. Este estudio se enfocó en la caracterización mecánica y reológica debiopelículas basadas en polisacáridos, evaluando su resistencia, flexibilidad ycomportamiento viscoelástico, fundamentales para determinar la durabilidad de laspelículas, así como su capacidad para interactuar con los alimentos y el entorno. Parala elaboración de las biopelículas se utilizó el protocolo de casting con dos tipos depolisacáridos: arabino-galactano extraído del exudado gomoso de Prosopis nigra (PN-B) y carboximetilcelulosa (CMC). Glicerol fue utilizado como agente plastificante. Sefabricaron dos tipos de biopelículas: P1 (1% PN-B, 2,5% CMC, 60% p/p polímero glicerol) yP11 (2,6% PN-B, 1,6% CMC, 54% p/p polímero glicerol). Además, se funcionalizaron lasbiopelículas con nanopartículas (NPs) de óxido de Zn y Ag sintetizadas químicamente(Ag_Q) y por métodos biológicos (Ag_B). Las propiedades mecánicas se determinaronusando un sistema de ensayos de materiales Instron 3369. Los estudios de reologíadinámica oscilatoria fueron realizados con un reómetro Physica MCR 301 Anton Paar.Mediante el estudio de las curvas esfuerzo-deformación se observó que el agregadode NPs afectó la deformación de las biopelículas, especialmente en P1, con unaumento en la deformación de 45,22 % en el control sin relleno a 107,24% (P1 Zn),120,00% (P1 Ag_Q) y 123,64% (P1 Ag_B). Sin embargo, la resistencia a la traccióndisminuyó significativamente de 2,03 N mm - ² a valores menores de 1 N mm - ². Lasbiopelículas P11 mostraron menores valores de deformación, de 9,85% en el controlsin NP hasta 56,32% en P11 Ag_Q. Los ensayos de reología revelaron que los valoresdel módulo de almacenamiento (G') fueron mayores que los presentados por elmódulo de pérdida (G''), indicando un comportamiento predominantemente elástico entodo el rango de frecuencia angular evaluado (0,1 – 1000 rad s -1 ). En las biopelículasde la serie P11, la diferencia entre los módulos fue menor, sugiriendo un punto detransición hacia un comportamiento viscoso. La incorporación de NPs en lasbiopelículas P11 incrementó el factor de pérdida (tan δ) de 0,46 en el control sin NPs a0,72 en P11 Zn, indicando un incremento en el comportamiento viscoso de lasbiopelículas modificadas con los nanomateriales. En conclusión, los resultadosobtenidos proporcionan una comprensión detallada de las propiedades físicas de estasbiopelículas, así como las modificaciones que el agregado de NPs ocasionó en sucapacidad de deformarse, su resistencia a la tracción y su viscoelasticidad. Lasbiopelículas funcionalizadas presentaron características adecuadas para su usopotencial en el bioempaque de alimentos, en particular su alta capacidad dedeformación y comportamiento elástico, destacándose como una alternativa viable yecológica frente a los empaques convencionales.