Effect of Aging on the Microstructure of Plasticized Cornstarch Films

Efecto del envejecimiento en la microestructura de películas plastificadas de almidón de maíz

Se investigó el envejecimiento de películas de almidón de maíz preparadas por colada. Las películas de almidón de maíz plastificadas con agua y glicerol se almacenaron a una humedad relativa del 50% durante un periodo de 330 días. El envejecimiento se siguió mediante difracción de rayos X (XRD) y microscopía de fuerza atómica (AFM). Los espectros de DRX indicaron el desarrollo de cristalinidad de tipo B incluso en las películas frescas y que el índice de cristalinidad aumentaba de 0,06 a 0,28 en función del tiempo de almacenamiento. Las imágenes de AFM de las películas de 270 días de edad revelaron que la morfología general y la rugosidad global no han cambiado debido al envejecimiento. Las imágenes de contraste de fase AFM a mayor aumento mostraron un número creciente de dominios ordenados en la superficie de estas películas, lo que puede atribuirse a la recristalización de la amilosa. No se observó ningún cambio morfológico al menos en la superficie de la región granular, que está enriquecida en amilopectina.

INTRODUCCIÓN

Debido a su excelente biodegradabilidad, bajo coste y disponibilidad mundial a partir de un gran número de cultivos, el almidón se considera una fuente atractiva para la producción de bioplásticos[1]. El almidón se compone de dos polisacáridos: amilosa y amilopectina. La amilosa es mayoritariamente lineal, mientras que la amilopectina está muy ramificada. El almidón se presenta en forma de gránulos semicristalinos con tamaños y formas variados en granos, raíces y tubérculos. La cristalinidad de los gránulos está asociada a las cadenas lineales de amilopectina y puede dar lugar a diferentes patrones de difracción de rayos X (DRX), según la fuente de almidón.

Los almidones de cereales producen un patrón cristalino A (red monoclínica) con dobles hélices densamente empaquetadas en la celda unitaria[2]. La patata y algunos almidones de tubérculos presentan un patrón cristalino B (red hexagonal) en el que las dobles hélices empaquetadas en paralelo se combinan con agua estructurada[3]. El patrón de tipo C se da en ciertos almidones de leguminosas y se cree que es una estructura intermedia de los tipos A y B.

El almidón nativo puede convertirse en materiales termoplásticos por métodos convencionales (extrusión y moldeo por inyección) en presencia de plastificantes, como agua y polioles de bajo peso molecular. También puede aplicarse la técnica de fundición, en la cual el almidón se procesa por calentamiento en exceso de agua, lo que provoca un hinchamiento irreversible de los gránulos. El hinchamiento va acompañado de la pérdida de la estructura cristalina nativa y la solubilización de la amilosa. Este fenómeno se conoce como gelatinización[4].

Los dos principales inconvenientes del uso más extendido del almidón como termoplástico son la sensibilidad de sus propiedades a las fluctuaciones del contenido de agua y su envejecimiento físico[4,5]. Este último se asocia a cambios dependientes del tiempo en sus propiedades, incluidas las mecánicas[6] y difusionales[7].