Efecto del sorbitol sobre la relajación estructural en películas de gelatina en estado vítreo

Effect of sorbitol on structural relaxation of gelatin fi lms in the glassy state

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del sorbitol sobre la cinética de relajación estructural de películas de gelatina almacenadas bajo la temperatura de transición vítrea (Tg). Películas de gelatina de bovino y sorbitol fueron preparadas mediante casting en frío. El sorbitol fue agregado en fracciones en peso (Qs) de 0,0, 0,06 y 0,10. Las películas fueron acondicionadas en un ambiente de humedad relativa constante (44%) utilizando una solución saturada de carbonato de potasio, obteniéndose fracciones de contenido  de humedad  en  peso  (Qw)  de  0,18,  0,16  y  0,18  respectivamente.  La  entalpía  de  relajación  (∆H) fue determinada mediante Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). Las muestras utilizadas en este estudio presentaron valores de Tg de 48ºC (Qs=0,0), 35ºC (Qs=0,06) y 30ºC (Qs=0,10). Luego de eliminar el historial térmico (30ºC sobre Tg, 15min), las muestras fueron almacenadas isotérmicamente a 10ºC bajo Tg_onset entre 2 y 80 horas. La adición de sorbitol produjo una reducción significativa (p<0,05) en la cinética de relajación estructural. La linealización del valor de entalpía de relajación (∆H) en función del  logaritmo  del  tiempo  de  almacenamiento  mostró  una  reducción  de  la  pendiente  en  las  muestras  plastificadas con sorbitol. La reducción en la cinética de relajación estaría relacionada con el efecto de  empaquetamiento  molecular  asociado  a  la  presencia  de  polioles  en  matrices  en  estado  vítreo  recientemente reportada mediante espectroscopía de positrones (PALS).

Introducción

La estabilidad estructural de un material polimérico es dependiente del estado físico de la matriz (ordenamiento molecular), del contenido de sólidos (o contenido de humedad) y de la temperatura. Así un material sólido molecularmente ordenado, como es el caso de un cristal, tendrá niveles de estabilidad distintos en comparación con aquellos materiales amorfos o molecularmente desordenados, caracterizados por no poseer un ordenamiento regular a escala molecular con lo cual la posición exacta de una cierta molécula en un tiempo determinado no puede ser definido. Estructuras amorfas se obtienen en una serie de procesos en la industria de alimentos, tales como horneado, concentración, liofilización, secado spray y extrusión, en los cuales la etapa de remoción de humedad o reducción de temperatura (congelación) ocurre en tiempos cortos. Durante el almacenamiento un material polimérico busca alcanzar una condición de equilibrio termodinámico en función del ambiente que lo rodea, y lo hace mediante ajustes estructurales que están determinados por el estado físico de la matriz, la humedad y por la temperatura. En el caso de materiales poliméricos amorfos almacenados bajo la temperatura de transición vítrea (Tg), la movilidad molecular se encuentra fuertemente restringida debido a la alta viscosidad del sistema (aproximadamente 1012Pa.s1).