Desarrollo de recubrimiento activo basado en almidón/ acetato de almidón para preservar la calidad de alimentos regionales

Abstract

El objetivo del trabajo de tesis fue el desarrollo de un bio-recubrimiento activo basado en almidón, acetato de almidón de mandioca y fracciones de almidón de mandioca que mejore la vida útil de productos regionales, particularmente de quesos. Para ello la primera parte de la tesis aborda, el estudio de la estructura química, la estabilidad térmica y las propiedades morfológicas del almidón nativo de mandioca (AM) y de acetatos de almidón de alto grado de sustitución (AAM), sintetizados a partir de éste. El almidón de mandioca se acetiló mediante un método simple y escalable para producir un material polimérico altamente hidrofóbico con uso potencial en el recubrimiento y el envasado de alimentos. La formación del éster se confirmó utilizando FTIR por la presencia de la señal de carbonilo alrededor de 1749 cm-1. Los grados de sustitución (DS) obtenidos por titulación estuvieron entre 1,9 y 2,9. El análisis termogravimétrico mostró un aumento en la estabilidad térmica con la acetilación, la muestra DS = 2.9 se comportó como un homopolímero. Las micrografías SEM mostraron la pérdida de la estructura del gránulo de almidón y la aparición de nuevas estructuras en forma de colmena. AM y AAM se caracterizaron estructuralmente por RMN. El porcentaje de ramificación AM obtenido por 1H NMR fue 4,76. Usando 13C {1H} -NMR cuantitativo, se calculó el DS, confirmando los valores ya obtenidos por titulación de retorno y se determinó el patrón de sustitución regioselectivo, demostrando que la posición favorita de acetilación es la de C6. Conocer las propiedades del almidón y de los acetilados permitió inferir sus propiedades en el estado coloidal y desarrollar películas de almidón de mandioca, en bajas concentraciones de soluto (menor al 1% p/v) utilizando solamente agua como plastificante, mediante gelatinización a 120 °C. Por otro lado, se logró la separación de las fracciones de amilosa y amilopectina mediante el método de Mukerjea y Robyt (2009), y a partir de ellas se obtuvieron películas homogéneas y de buenas propiedades mecánicas, solubles en agua (amilopectina) e insolubles para los tiempos ensayados (amilosa). Se prepararon películas de AAM utilizando un plastificante hidrófobo, a fines de obtener materiales altamente hidrófobos que puedan actuar como recubrimientos. Se estudiaron estas películas mediante las técnicas convencionales de caracterización de polímeros de almidón haciendo foco en el estudio del efecto de almacenamiento, a fines de encontrar matrices adecuadas para ser utilizadas como recubrimientos. Se encontró que, mediante la aplicación del tratamiento térmico a altas temperaturas en la gelatinización del almidón, se logró retrasar significativamente la retrogradación de películas de almidón, amilosa y amilopectina de mandioca, haciendo que las mismas mantengan buenas propiedades durante el almacenamiento. En tanto las películas de AAM sufrieron segregación y pérdida de su integridad a los pocos días de moldeadas. En base a lo antes estudiado, se decidió ensayar películas de almidón y amilosa de mandioca como recubrimientos activos en quesos, utilizando como antimicrobiano natamicina. La pérdida de peso, para distintas condiciones de humedad relativa en el almacenamiento y el desarrollo microbiano fueron estudiados, encontrándose que el recubrimiento de quesos con películas de almidón y de amilosa disminuyen la pérdida de peso y de color, siendo el recubrimiento de almidón de mandioca y 10 mg/dm2 de natamicina un método efectivo para controlar la población de hongos y levaduras, presentes tanto en el queso como en la película, así como retrasar el crecimiento de bacterias psicrotróficas. Esto último, permitiría aumentar la vida útil del alimento (queso barra) y ofrecer al consumidor un producto mejor conservado.

The objective of the thesis work was the development of an active bio-coating based on starch, cassava starch acetate and cassava starch fractions that improve the shelf life of regional products, particularly cheese. For this, the first part of the thesis deals with the study of the chemical structure, thermal stability and morphological properties of native cassava starch (CS) and synthesized high-grade cassava starch acetates (CSA). Cassava starch was acetylated by a simple and scalable method to produce a highly hydrophobic polymeric material with potential use in food coating and packaging. The formation of ester was confirmed using FTIR by the presence of the carbonyl signal around 1749 cm -1. The degrees of substitution (DS) obtained by titration were between 1.9 and 2.9. The thermogravimetric analysis showed an increase in thermal stability with acetylation, the sample DS = 2.9 behaved as a homopolymer. SEM micrographs showed the loss of starch granule structure and the appearance of new hive-shaped structures. CS and CSA were structurally characterized by NMR. The percentage of CS branching obtained by 1H NMR was 4.76. Using 13C {1H} -NMR quantitative, the DS was calculated, confirming the values already obtained by titration and the regioselective substitution pattern was determined, demonstrating that the favorite position of acetylation is that of C6. Knowing the properties of starch and acetylates allowed to infer their properties in the colloidal state and to develop films of cassava starch, in low concentrations of solute (less than 1% w / v) using only water as plasticizer, by gelatinization at 120 C. On the other hand, the separation of the amylose and amylopectin fractions was achieved by the method of Mukerjea and Robyt (2009), and from these homogeneous films were obtained with good mechanical properties, soluble in water (amylopectin) and insoluble (amylose) for the studied times. CSA films were prepared using a hydrophobic plasticizer, in order to obtain highly hydrophobic materials that could act as coatings. These films were studied using conventional starch polymer characterization techniques focusing on the study of the storage effect, in order to find suitable matrices to be used as coatings. It was found that by applying the heat treatment at high temperatures in the gelatinization of starch, the retrogradation of starch, amylose and amylopectin films of cassava was significantly delayed, making them maintain good properties during storage. Meanwhile, CSA films suffered segregation and loss of integrity within a few days of being molded. Based on the previously studied, it was decided to test starch films and cassava amylose as active coatings in cheeses, using natamycin as antimicrobial. Weight loss, for different conditions of relative humidity in storage and microbial development were studied, finding that the coating of cheeses with starch and amylose films decrease the loss of weight and color, being the cassava starch coating and 10 mg / dm2 of natamycin an effective method to control the population of fungi and yeasts, present in both cheese and film, as well as retard the growth of psychrotrophic bacteria. The latter would increase the shelf life of the food (cheese bar) and offer to the consumer a better-preserved product.