Fotodegradación de biocompuestos de ácido poliláctico y quitosano: Evaluación de propiedades fisicoquímicas.

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La degradación se define como el resultado de varias reacciones provocadas por las tensiones del entorno natural, a las que el material puede estar expuesto como son el viento, radiación solar, humedad, temperatura y microorganismos. Estas reacciones son capaces de provocar cambios en la estructura química de las moléculas, lo que lleva a la pérdida de sus propiedades químicas, físicas y mecánicas (Bussiere y col., 2014). Existen diferentes mecanismos por los cuales un polímero puede ser degradado, éstas pueden ser por temperatura, radiación ionizante, acción mecánica, oxidación, hidrólisis, acción de microorganismos, entre otros (Yousif y Haddad., 2013).

La luz induce degradación o fotodegradación, el cuales el mecanismo de degradación de una molécula fotodegradable causada por la absorción de fotones, especialmente aquellos que se encuentran en las distintas longitudes de ondas de la energía solar como luz ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja. La fotodegradación causa la fotodisociación, que es el rompimiento de moléculas en piezas más pequeñas a causa de los fotones. También puede causar cambios físicos y químicos en las moléculas de manera irreversible como puede ser la desnaturalización de proteínas y la adhesión de átomos o moléculas. Una reacción comúnmente causada por fotodegradación es la oxidación (Yousif y Haddad., 2013).

Los biopolímeros son polímeros formados en la naturaleza durante los ciclos de crecimiento de los organismos, como por ejemplo el almidón (Chandra y col., 1998). El quitosano es un biopolímero obtenido a partir de la desacetilación parcial de la quitina, la cual se encuentra de forma natural en el exoesqueleto de crustáceos, insectos y la pared celular de los hongos. El quitosano posee propiedades antimicrobianas contra bacterias y hongos como Staphylococcusaureus, Pseudomonasaeruginosa, Escherichiacoli, Vibrio cholerae, Rhizopusstolonifer, Aspergillus niger, entre otras; además de ser biodegradable y no tóxico (Martínez y col., 2010).

El quitosano tiene un gran número de aplicaciones desde la agricultura en el recubrimiento de semillas para su protección, liberación controlada de fertilizantes, protección antimicrobiana y en el tratamiento de aguas residuales como coagulante primario para aguas de alta turbidez y alcalinidad. En la medicina se usa en suturas quirúrgicas y en la preparación de gasas, vendajes y ungüentos antimicrobianos, sólo por mencionar algunas de sus aplicaciones (Velásquez, 2006). Por lo tanto, este biopolímero tiene gran potencial para ser utilizado como empaque debido a su actividad antimicrobiana, nula toxicidad y biodegradabilidad (Quiroz y col., 2014).

Sin embargo, debido a la baja resistencia a la tensión y elasticidad que presenta el quitosano como para formar un envase, es necesario realizar mezclas poliméricas para mejorar dichas propiedades. Los biocompuestos de PLA y quitosano son una buena alternativa para diversas aplicaciones como las mencionadas anteriormente, debido al mejoramiento de sus propiedades mecánicas y biodegradabilidad, lo que los hacen materiales amigables con el ambiente.

HIPÓTESIS

Los biocompuestos producidos por extrusión a base de ácido poliláctico y quitosano presentan mayor degradabilidad al ser expuestos a la intemperie.

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales

Los biocompuestos de PLA y quitosano fueron procesados por extrusión en el Laboratorio de Polímeros en el Departamento de Investigación en Polímeros y Materiales (DIPM) de la Universidad de Sonora. El proceso se llevó a cabo por medio de un extrusor ATLAS modelo LME serie 13452 a una velocidad de 40 rpm. Las temperaturas y utilizadas fueron 145 °C y 155 °C para cámara y cabezal respectivamente. Se contó con el apoyo de un rodillo de recolección para mantener un espesor uniforme de las películas el cual se mantuvo con una velocidad de 2 rpm.

Métodos

Exposición de las muestras

Las muestras a analizar serán expuestas a la intemperie, en donde estarán sometidas a la radiación solar y humedad ambiental en un panel de uso exprofeso al experimento. Es panel será colocado en el techo del edificio de la Coordinación de Tecnología de Alimentos de Origen Animal (CTAOA), del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD) en las coordenadas 29°08´08.2”N y 110°57´13.7”W por un periodo de 180 días. Durante todo el periodo del experimento se monitorearan las variables ambientales temperatura, humedad relativa e irradiación solar, tanto in situ, como por las lecturas registradas de la estación meteorológica norte de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) de Hermosillo, Son.

Análisis morfológico

Se realizarán análisis morfológicos a las muestras que se recolectarán periódicamente mediante el uso de un estereoscopio AmScope modelo MD600E del Laboratorio de Ecología Química en la Coordinación de Ciencias de los Alimentos del CIAD. Las muestras se colocarán sobre una superficie blanca como contraste; además, se tomarán fotografías a dos magnificaciones de 1.5X y 3X de cada formulación.

Microscopia electrónica de barrido

Mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) se analizará la morfología de los biocompuestos, con la finalidad de identificar los cambios que puedan ocurrir durante su exposición a la intemperie de las muestras. Se utilizará un microscopio electrónico de barrido marca Philips modelo XL30, en su modo ambiental, a diferentes magnificaciones (250X y 500X) que se encuentra en el Laboratorio Nacional de Nano Biomateriales (LANBIO) del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) unidad Mérida.

Determinación de color

El color se determinará utilizando un colorímetro MetroCal International Minolta CR300 Japan. Se medirá el color en cada muestra de las diferentes formulaciones, la luminosidad será determinada por el parámetro L* así como los parámetros de color: a* (rojo a verde) y b* (amarillo a azul). Las muestras se colocarán en un mosaico blanco que servirá como referencia y se harán cinco mediciones en diferentes puntos de cada muestra. Se calculará la diferencia de color (ΔE) con la siguiente ecuación:

[pic 2]

Donde ΔL* = L*-L0, Δa*= a* - a0*, Δb* = b*-b0*

Siendo L*0, a*0 y b*0 representan los valores