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This article was downloaded by: [York University Libraries] On: 12 August 2014, At: 13:39 Publisher: Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK CyTA - Journal of Food Publication details, including instructions for authors and subscription information: http://www.tandfonline.com/loi/tcyt20 Caracterización de películas comestibles a base de extractos pécticos y aceite esencial de limón Mexicano D. Sánchez Aldana a , J.C. Contreras-Esquivel a , G.V. Nevárez-Moorillón b & C.N. Aguilar a a Departamento de Investigación de Alimentos. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Autónoma de Coahuila, Saltillo 25000, Coahuila, México b Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua, 31125, Chihuahua, México Published online: 15 May 2014. To cite this article: D. Sánchez Aldana, J.C. Contreras-Esquivel, G.V. Nevárez-Moorillón & C.N. Aguilar (2014): Caracterización de películas comestibles a base de extractos pécticos y aceite esencial de limón Mexicano, CyTA - Journal of Food, DOI: 10.1080/19476337.2014.904929 To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/19476337.2014.904929 PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE Taylor & Francis makes every effort to ensure the accuracy of all the information (the “Content”) contained in the publications on our platform. However, Taylor & Francis, our agents, and our licensors make no representations or warranties whatsoever as to the accuracy, completeness, or suitability for any purpose of the Content. Any opinions and views expressed in this publication are the opinions and views of the authors, and are not the views of or endorsed by Taylor & Francis. The accuracy of the Content should not be relied upon and should be independently verified with primary sources of information. Taylor and Francis shall not be liable for any losses, actions, claims, proceedings, demands, costs, expenses, damages, and other liabilities whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with, in relation to or arising out of the use of the Content. This article may be used for research, teaching, and private study purposes. Any substantial or systematic reproduction, redistribution, reselling, loan, sub-licensing, systematic supply, or distribution in any form to anyone is expressly forbidden. Terms & Conditions of access and use can be found at http:// www.tandfonline.com/page/terms-and-conditions

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This article was downloaded by: [York University Libraries]On: 12 August 2014, At: 13:39Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: MortimerHouse, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK

CyTA - Journal of FoodPublication details, including instructions for authors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/tcyt20

Caracterización de películas comestibles a basede extractos pécticos y aceite esencial de limónMexicanoD. Sánchez Aldanaa, J.C. Contreras-Esquivela, G.V. Nevárez-Moorillónb & C.N. Aguilara

a Departamento de Investigación de Alimentos. Facultad de Ciencias Químicas.Universidad Autónoma de Coahuila, Saltillo 25000, Coahuila, Méxicob Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua, 31125,Chihuahua, MéxicoPublished online: 15 May 2014.

To cite this article: D. Sánchez Aldana, J.C. Contreras-Esquivel, G.V. Nevárez-Moorillón & C.N. Aguilar (2014):Caracterización de películas comestibles a base de extractos pécticos y aceite esencial de limón Mexicano, CyTA - Journalof Food, DOI: 10.1080/19476337.2014.904929

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Page 2: Caracterización de películas comestibles a base de extractos pécticos y aceite esencial de limón Mexicano

Caracterización de películas comestibles a base de extractos pécticos y aceite esencial de limónMexicano

Characterization of edible films from pectic extracts and essential oil from Mexican lime

D. Sánchez Aldanaa, J.C. Contreras-Esquivela, G.V. Nevárez-Moorillónb and C.N. Aguilara*aDepartamento de Investigación de Alimentos. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Autónoma de Coahuila, Saltillo 25000,Coahuila, México; bFacultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua, 31125, Chihuahua, México

(Received 28 December 2013; final version received 12 March 2014)

Biodegradable edible films from bagasse and pomace Mexican lime pectic extracts were prepared, with the addition of glycerol and Limeessential oil. A central composite experimental design was used to obtain 20 different film formulations (from each, bagasse and pomace) usingthe casting method. Based on the measurement of the mechanical properties and water vapor permeability tests, a formulation was selected for itshigher resistance and the lower permeability results. The selected formulation (1% pectin, 0.75% glycerol and 500 mg/kg of essential oil)presented a punction force of 1.48 N·mm−1 and water permeability of 5.17 × 10−11 g·s−1 m−1·Pa−1. The film was also characterized for moisture,color FTIR-ATR, TGA and SEM. Incorporation of the Lime essential oil did not affect the functional properties of the film.

Keywords: edible films; pectin lime essential oil; mechanical properties; water vapor permeability

Se elaboraron y caracterizaron películas biodegradables a base de extractos pécticos de bagazo o pomaza de limónmexicano, incorporados conglicerol y aceite esencial de limón. Mediante un diseño central compuesto se obtuvieron 20 películas (para bagazo o pomaza) por el método decasting. Se realizaron pruebas mecánicas y de permeabilidad al vapor de agua, para seleccionar una formulación conmayor resistencia y menorpermeabilidad. La película seleccionada a base de extracto péctico de bagazo de limón (1,0% pectina, 0,75% glicerol, 500 mg/kg aceiteesencial de limón) presentó una fuerza a la punción de 1.48 N·mm−1 y permeabilidad al vapor de agua de 5.17 × 10−11 g·s−1·m−1 Pa−1. Lapelícula seleccionada se caracterizó en cuanto a humedad, color, espesor, FTIR-ATR, TGA y SEM. La incorporación del aceite esencial delimón no afectó las propiedades funcionales de la película.

Palabras claves: películas comestibles; pectin; aceite esencial de limón; propiedades mecánicas; permeabilidad al vapor de agua

1. Introducción

En la industria alimentaria se utiliza una amplia variedad de empa-ques. Los empaques como las películas plásticas son una estructuraindependiente que envuelve a un alimento con la finalidad de pre-venir el deterioro, alargar la vida de anaquel y proteger al productocontra daños mecánicos, además de facilitar la distribución y lacomercialización de los productos alimenticios (Espitia, Du,Avena-Bustillos, Soares, & McHugh, 2014; Sothornvit & Pitak,2007; Zamudio-Flores, Romero-Bastida, Hernández-Uribe, Bello-Pérez, & Vargas-Torres, 2007). Los materiales más utilizados paraelaborar películas de empaque son polímeros a base depetroquímicos por sus grandes ventajas, como disponibilidad, bajocosto y propiedades funcionales adecuadas para la preservación delalimento. Sin embargo, estos materiales no son biodegradables yocasionan un serio problema ambiental por la acumulación de dese-chos sólidos (Alves, Mali, Beléia, & Grossmann, 2007). Debido aesto en las últimas décadas, se han realizado estudios en el campo depelículas y recubrimientos biodegradables y comestibles.

Los biopolímeros usados para producir películas biodegrad-ables son proteínas, lípidos y carbohidratos (gomas, almidón, deri-vados de la celulosa y pectinas) o la combinación entre estos (Chen& Lai, 2008; Han & Gennadios, 2005; Sothornvit & Pitak, 2007).Sin embargo, debido a que existe una continua actividad química yfísica en la interfase entre el empaque y el alimento, es necesarioque las películas presenten ciertas propiedades que garanticen lapreservación del alimento empacado. Entre las propiedades más

importantes se encuentran las propiedades físicas, térmicas, depermeación y las mecánicas. Estas propiedades dependen amplia-mente de los materiales utilizados, de su método formación y de suaplicación (Guilbert, Gontard, & Gorris, 1996) y pueden variar conlas condiciones de almacenamiento debido a la inestabilidadintrínseca de sus materias primas, afectando su funcionalidad. Lapermeabilidad al vapor de agua (PVA) es la propiedad más estu-diada, principalmente por el papel que juega el agua en las reac-ciones deteriorativas (Ayranci & Tunc, 2003). Sin embargo, unapelícula biodegradable con buenas propiedades de permeaciónpuede ser ineficiente si sus propiedades mecánicas no permitenmantener la integridad de la película durante el manejo, empaque-tamiento o transporte, por lo que también deben determinarse suspropiedades mecánicas (Briassoulis, 2006).

Además de la matriz polimérica principal, es necesaria laincorporación de algunos aditivos como agentes de entrecruza-miento y plastificantes. Un plastificante es una sustancia no volátilde bajo peso molecular, que se adiciona a un material poliméricopara modificar algunas propiedades físicas y mecánicas (Stevens,1993). La incorporación de plastificantes mejoran la flexibilidadde los materiales, su manejabilidad y su habilidad de extensión(Mali, Grossmann, Garcı́a, Martino, & Zaritzky, 2005; Osés,Fernández, Mendoza, & Maté, 2009; Parra, Tadini, Ponce, &Lugão, 2004), pero a su vez pueden modificar otras propiedadesdel material. Otros aditivos empleados para mejorar las propie-dades funcionales de las películas, incluyen agentes de

*Autor de correspondencia. Email: [email protected]

CyTA – Journal of Food, 2014http://dx.doi.org/10.1080/19476337.2014.904929

© 2014 Taylor & Francis

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entrecruzamiento, de textura, antioxidantes o antimicrobianos(Talja, Helén, Roos, & Jouppila, 2007). Estudios recientes hanincorporado agentes antioxidantes y antimicrobianos para formarempaques activos (inteligentes), como los compuestos fenólicos ylos aceites esenciales (Espitia et al., 2014).

Por otro lado, la caracterización de los materiales de empa-que o formadores de películas y recubrimientos involucra dosprocesos, uno es el análisis estructural y el otro el análisis de suspropiedades. El primero se lleva a cabo mediante técnicasespectrofotométricas y de microscopía (Bierhalz, da Silva, &Kieckbusch, 2012) y el análisis de propiedades es muy diversoy depende de la aplicación de la película o recubrimiento sobreun alimento en específico. Por ejemplo, las propiedades debarrera dependen ampliamente de las condiciones de humedad,actividad de agua, forma de almacenamiento, etc. del alimento(Chambi & Grosso, 2011).

Sothornvit and Pitak (2007), encontraron que las películas dealmidón y pectina tienen un alto módulo de elasticidad; sinembargo, fueron muy quebradizas, pero lograron evitar estoadicionando un plastificante. Du et al. (2009) estudiaron el efectodel aceite esencial de canela y clavo en las propiedades depelículas comestibles a base de puré de manzana y pectina yencontraron que la incorporación de dicho aceite redujo signifi-cativamente las fuerza de tención y el módulo de elasticidad delas películas.

A pesar de que algunos desechos de la industria alimentariacontienen biomoléculas que pueden usarse como base para laelaboración de películas biodegradables, aún quedan muchasinvestigaciones por realizar. Los frutos cítricos representan ungran potencial para esta tecnología debido a su alta producción yconsumo a nivel mundial.

El limón agrío o limón Mexicano (Citrus aurantifoliaSwingle) es nativo del sureste de Asia y crece en regionestropicales de Brasil, Perú, India y México (Siap, 2012). Elprincipal uso de estas frutas es en fresco y el resto es procesadopara producir jugo. Durante el procesamiento del limón para laextracción de jugo se obtienen grandes cantidades de desechos(aproximadamente el 40–50% del peso fresco de la fruta)(Ahmad, Iqbal, Anjum, & Sultan, 2006; Ma, Chen, Liu, & Ye,2009), y del total de bagazo es posible recuperar hasta un 30%de pectina (Masmoudi et al., 2008). Por ello, resulta factible lautilización de estos residuos para la extracción de compuestosbioactivos como aceite esencial, ácido cítrico, compuestosfenólicos y pectinas. El objetivo de este trabajo fue obtenerpelículas comestibles a partir de extractos pécticos y aceiteesencial limón Mexicano, seleccionar y caracterizar parcialmenteaquella con mejores propiedades.

2. Materiales y métodos

2.1. Materiales

La materia prima base para la formulaciones de las películas fueextracto péctico de bagazo de limón Mexicano (Citrus aurantifo-lia Swingle) (BC) con un rendimiento de pectina de 13.3 ± 0.03%y de pomaza de limón Mexicano (PC) con un rendimiento depectina de 15.1 ± 0.02%. La caracterización fisicoquímica de losextractos pécticos fue publicada anteriormente (Sánchez-Aldana,Aguilar, Nevarez-Moorillon, & Esquivel, 2013). El bagazo es elproducto obtenido después de la extracción de jugo de limónincluyendo las semillas mientras que la pomaza es el bagazo delimón que ha sido sometido a diversos procesos de lavado yblanqueado con la finalidad de dejar disponible mayor cantidad

de pectina para su extracción. Los extractos pécticos BC y PClimón mexicano se obtuvieron poniendo el material en contactocon una solución de ácido cítrico al 1% en relación 1:20 materiaseca:solución, dicha mezcla se agitó y calentó a 90°C durante 1 h.Posteriormente la solución se filtró a través de tela muselina y elfiltrado se empleó como extracto péctico como materia base parala formación de las películas. Además, se empleó aceite esencialde limón mexicano obtenido del bagazo fresco de limón porhidrodestilación durante 4 h (Hernández-Ochoa, Gonzales-Gonzales, Gutiérrez-Mendez, Muñoz-Castellanos, & Quintero-Ramos, 2011). Para ello, se lavaron limones con agua destiladay se extrajo su jugo manualmente. El bagazo resultanteincluyendo pulpa y semillas se sometió a extracción usando unaparato modificado de Schilcher. Luego de la hidrodestilación, eldestilado se recuperó y separó del agua usando un embudo deseparación. El aceite esencial de limón se secó con sulfato desodio anhidro y se almacenó en un frasco ámbar para protegerde la luz a 4°C hasta su uso.

2.2. Preparación de solución formadora de películas yformación de películas

A partir de los extractos pécticos de BC y PC de limónmexicano se formularon diferentes soluciones filmógenas(SF) con las que posteriormente se formaron las películasbiodegradables. Se utilizó un diseño experimental centralcompuesto con tres variables (veinte formulaciones para cadaextracto péctico) (Tabla 1). Para formular las películas setomaron 60 ml del extracto y se ajustó su pH a 3,0 con Ca

Tabla 1. Formulaciones de películas comestibles de BC y PC con baseen un diseño experimental central compuesto.

Table 1. Formulations of edible films from BC and PC based on acentral composite experimental design.

Película

Pectina** Glicerol AE limón

(%) (%) (mg/kg)

1 0,70 (−1,0) 0,75 (−1,0) 750 (−1.0)

2 1,00 (1,0) 0,75 (−1,0) 750 (−1,0)

3 0,70 (−1,0) 1,25 (1,0) 750 (−1,0)

4 1,00 (1,0) 1,25 (1,0) 750 (−1,0)

5 0,70 (−1,0) 0,75 (−1,0) 1250 (1,0)

6 1,00 (1,0) 0,75 (−1,0) 1250 (1,0)

7 0,70 (−1,0) 1,25 (1,0) 1250 (1,0)

8 1,00 (1,0) 1,25 (1,0) 1250 (1,0)

9 0,60 (−1,68) 1,00 (0,0) 1000 (0,0)

10 1,10 (1,68) 1,00 (0,0) 1000 (0,0)

11 0,85 (0,0) 0,58 (−1,68) 1000 (0,0)

12 0,85 (0,0) 1,42 (1,68) 1000 (0,0)

13 0,85 (0,0) 1,00 (0,0) 580 (−1,68)

14 0,85 (0,0) 1,00 (0,0) 1420 (1,68)

15* 0,85 (0,0) 1,00 (0,0) 1000 (0,0)

16* 0,85 (0,0) 1,00 (0,0) 1000 (0,0)

17* 0,85 (0,0) 1,00 (0,0) 1000 (0,0)

18* 0,85 (0,0) 1,00 (0,0) 1000 (0,0)

19* 0,85 (0,0) 1,00 (0,0) 1000 (0,0)

20* 0,85 (0,0) 1,00 (0,0) 1000 (0,0)

Note:* Puntos centrales; **% de Pectina equivalente.BC: Extracto péctico de bagazo; PC: Extracto péctico de pomaza.Entre paréntesis se presentan los niveles codificados del diseño experimental.

2 D. Sánchez Aldana et al.

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(OH)2 1 M. Enseguida se incorporó glicerol como agenteplastificante y finalmente se agregó aceite esencial de limónmexicano de acuerdo a las concentraciones establecidas en laTabla 1. Ésta mezcla se homogenizó durante 10 minutos a150 rpm en una parrilla de agitación.

Las películas se formaron a partir de las SF previamentehomogenizadas y por el método de vaciado (casting) sobrecajas Petri de plástico de 150 × 15 mm. Posteriormente, secolocaron las cajas en una estufa previamente nivelada. Laspelículas se secaron a 40ºC durante 24 horas. Finalmente laspelículas se desmoldaron manualmente de las cajas Petri y sealmacenaron a temperatura ambiente (25ºC) dentro de cubiertasplásticas.

La selección de los niveles de las variables de concentraciónde glicerol se realizó de acuerdo a pruebas preliminares (datos nomostrados) en donde se encontró que por debajo del nivel másbajo de glicerol (0,5%) la películas resultante era quebradiza ypor encima del nivel más alto de glicerol (1,5%) la película eramuy adherente entre sí, muy elástica y difícil de manejar.

2.3. Acondicionamiento de las películas

Todas las películas se acondicionaron a una HR 75% y 25ºC enun desecador con una solución sobresaturada de NaCl por48 horas antes de someterse a las diferentes pruebas.

2.4. Caracterización de las películas

Las películas preparadas de acuerdo a la Tabla 1 se caracteri-zaron en función de sus propiedades mecánicas y su permeabi-lidad al vapor de agua. Luego de evaluar dichas propiedades seseleccionó la formulación con las mejores características. Adicha formulación se le determinó su color, humedad, espesor,densidad, propiedades mecánicas y permeabilidad al vapor deagua. Además se realizó un análisis termogravimétrico (TGA),espectroscopia FTIR-ATR y microscopia electrónica de barrido(SEM) como se describe a continuación.

2.4.1. Propiedades mecánicas

La fuerza a la tensión (FT) de las películas se determinó conun texturómetro TA.TX plus (Stable Micro Systems, Surrey,UK). Las películas se ajustaron a la boca de un pesafiltro conayuda de un O-ring y se hizo una punción en el centro de lapelícula con un punzón de acero de punta plana (100 mm dealtura × 2,5 mm de diámetro) que descendió una distancia de10 mm a velocidad de 2 mm·s−1. Por medio de la relaciónentre la fuerza de tensión (N) y la correspondiente extensión odeformación (m) al punto de falla (momento de ruptura de lapelícula) se calculó la resistencia a la tensión de cadaformulación por triplicado.

2.4.2. Permeabilidad al vapor de agua

La permeabilidad al vapor de agua (PVA) se determinó en laspelículas previamente acondicionadas a una humedad del 75%y 25°C. Para ello se colocó dentro de pesafiltros sin tapa(3,87 cm de diámetro × 4 cm de altura) 3 g de Sílica gelseca, (J.T. Baker, México Cat. 3401–500), se cubrió la bocade cada pesafiltro con una película y se ajustó con un O-ring.Inmediatamente después, los pesafiltros se pesaron (W0) y secolocaron dentro de un desecador con agua destilada paragenerar una humedad relativa del 100% a 25°C. Los pesos(Wt) de los pesafiltros se registraron a los tiempos de 1, 2, 4,8, 16 y 24 horas. Mediante la Ecuación (1) se calculó lapermeabilidad al vapor de agua.

PVA ¼ vtva

A

e

ΔPv(1)

En donde, PVA es la permeabilidad al vapor de agua(g·s−1·m−1·Pa−1), vtva es la velocidad de transferencia de vaporde agua (g·s−1) obtenido de la pendiente de la recta (tiempo vsganancia de peso), e es el espesor promedio de la película (m), Aes el área de trasferencia de vapor de agua (m2) y ΔPv es ladiferencia de presión de vapor de agua entre la atmósfera de lasílica y la del desecador (3167,2 Pa). La VTVA es la pendienteque se obtiene al graficar el peso final menos el peso inicial de lamuestra (Wf−W0) vs el tiempo (t).

2.4.3. Selección de la mejor formulación

La selección de la mejor formulación se realizó en función delos resultados obtenidos del análisis de superficie de respuestade las propiedades mecánicas y la permeabilidad al vapor deagua. La selección se hizo a partir de los efectos significativosde las variables concentración de pectina y concentración deglicerol en las que se obtuvo una mayor resistencia a latensión y una menor permeabilidad al vapor de agua. A laformulación seleccionada se le realizó una caracterizacióncomo se describe a continuación.

2.4.5. Caracterización de la película seleccionada

(a) Color, diferencia total de color (ΔE) e índice de amar-illez (YI).El color de las películas de midió con un colorímetroChroma Meter CR-400/410 (Konica Minolta, Japón)por ambos lados en 5 puntos aleatorios utilizandocomo fondo una placa blanca de calibración(L* = 96,9, a* = − 0,04, b* = 1,84). Se clasificó comolado brillante al lado que se encontraba en contacto conla superficie y lado opaco al lado de la película expuestohacia el ambiente durante el secado. A partir de losparámetros L*, a* y b*, se calculó la diferencia totalde color (ΔE), mediante la Ecuación (2):

ΔE ¼ffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiL� � L�

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Los valores de referencia para la placa blanca fueron L*=96,9, a* = −0,04 y b* = 1,84.Además se calculó el índice de amarillez (YI, por sussiglas en ingles) de acuerdo a la siguiente ecuación(Pérez-Mateos, Montero, & Gómez-Guillén, 2009):

YI ¼ 142:86b�

L�(3)

(b) Humedad, espesor y densidad.

La humedad de la película se determinó por quintu-plicado según el método 934.06 (AOAC, 1995). Elespesor de las películas se midió en 10 puntos alea-torios en 5 muestras de cada formulación utilizandoun vernier digital (Mitutoyo Modelo CD-6” CS). Sereporta el espesor promedio y este se utilizó en loscálculos de permeabilidad al vapor de agua y en laspropiedades mecánicas. La densidad se determinó porquintuplicado. Para ello se cortaron cuadros de 2 cm2

y por medio del espesor se determinó su volumen,además cada cuadro de película se pesó para calcularla densidad (ρ) de acuerdo a la ecuación de densi-dad (ρ ¼ m=vÞ.

(c) Análisis termogravimétrico (TGA).El análisis termogravimétrico se realizó en un TGA Hi-Res TGA 2950 TA Instruments (Delaware, EUA). Latemperatura del análisis fue de 25°C a 620°C a unavelocidad de 10°C·min−1 y un flujo de nitrógeno de60% en la purga de balanza y 40% en la purga demuestra.

(d) Espectroscopia de Infrarrojo por transformada deFourier (FTIR-ATR).Los espectros de FTIR se obtuvieron a temperaturaambiente en un espectrofotómetro Nicolet Nexus670 FT-IR, equipado con un ATR Smart Miracle dediamante a una resolución de 4 cm−1. Los espectros seanalizaron a través del software OMNIC (Version 7,3,Thermo Electron Corp., EUA).

(e) Microscopia electrónica de barrido (SEM).La homogeneidad y la apariencia de la película selec-cionada se examinaron por observación visual y porSEM con un microscopio electrónico de barrido JEOLJSM-5800LV (Japón). Las muestras se secaron a 45°Cpor 1 semana. Para analizar la sección transversal lapelícula se criofracturó por inmersión en nitrógenolíquido. Las piezas de película se montaron en unporta muestras de aluminio y se recubrieron con unacapa de platino, permitiendo la visualización de lasuperficie y la sección transversal. Todas las muestrasse analizaron con un voltaje de aceleración de 10kV.Los análisis se realizaron por triplicado y se tomaron 5micrografías para cada muestra. Las micrografías de lasuperficie de las muestras se obtuvieron con unamagnificación de 400x y para la sección transversalcon una magnificación de 1000x.

2.5. Análisis estadístico

Las determinaciones se realizaron por quintuplicado. Los resul-tados se expresaron como medias de lostratamientos ± desviación estándar. El análisis estadístico sellevó a cabo usando un análisis de varianza (ANOVA) y la

metodología de superficie de respuesta para la selección de lamejor formulación de película. Los datos se analizaron a travésdel software Minitab Statistical Versión 16 (Minitab Inc., StateCollege, PA, EUA).

3. Resultados y discusión

A partir del diseño experimental central compuesto planteadocon tres variables (concentración de pectina, concentración deglicerol y concentración de aceite esencial de limón) se obtu-vieron 20 formulaciones de SF incluyendo 6 puntos centralespara cada extracto péctico, uno de bagazo y otro de pomaza delimón. Las películas obtenidas se evaluaron en función de lapermeabilidad al vapor de agua y de la fuerza de tensión con lafinalidad de establecer las mejores condiciones a las que seobtiene una mayor resistencia del material y una menor permea-bilidad al vapor de agua.

3.1. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas reflejan la capacidad de las películasde empaque para mantener la integridad del producto empacadoy la resistencia del material. La Tabla 2 muestra un resumen delanálisis estadístico de la FT y PVA de las películas formuladas.Se puede observar que los efectos significativos del modelo paraFT fueron únicamente los efectos lineales de la concentración depectina y la concentración de glicerol (p < 0,05) para ambosextractos pécticos. La incorporación de aceite esencial de limónno afectó (p > 0,05) la fuerza de tensión de las películas a basede extracto péctico de bagazo ni de pomaza. En la Figura 1 sepresentan graficas de contorno de la fuerza de tensión resultantepara las películas de extracto péctico de bagazo (A1) y pomaza(A2) a un nivel fijo de aceite esencial de limón (1000 mg/kg). Através de las gráficas de superficie de contorno se puede observarque la TS incrementa con el incremento en la concentración dePectina. Esto concuerda con los resultados de Aloui, Khwaldia,

Tabla 2. Resumen de ANOVA para FT y PVA de películas comestibles.

Table 2. ANOVA summary from edible films TF y WVP.

Bagazo FT Pomaza FT Bagazo PVAPomazaPVA

Fuente F P F P F P F P

Regresión 8,06 0,004 6,36 0,008 2,58 0,078 3,70 0,027

Lineal 22,37 0,000 17,87 0,001 6,28 0,011 5,72 0,015

Pectina 44,79 0,000 33,77 0,000 14,74 0,003 4,50 0,060

Glicerol 22,22 0,002 19,80 0,002 0,07 0,801 8,60 0,015

Aceite 0,1 0,764 0,04 0,839 4,02 0,073 4,06 0,072

Cuadrado 0,54 0,667 0,29 0,833 0,80 0,522 2,87 0,090

Pect*Pect 0,06 0,808 0,03 0,877 0,95 0,353 7,50 0,021

Gli*Gli 0,08 0,786 0,46 0,516 0,03 0,862 1,02 0,336

Acei*Acei 1,33 0,282 0,22 0,653 1,18 0,303 1,17 0,304

Interacción 1,26 0,350 0,91 0,478 0,66 0,593 2,52 0,118

Pect*Gli 0,01 0,938 0,46 0,517 0,17 0,692 6,78 0,026

Pect*Acei 1,14 0,317 0,07 0,793 1,52 0,246 0,13 0,728

Gli*Acei 2,65 0,142 2,20 0,177 0,52 0,593 0,64 0,442

Falta de ajuste 2,84 0,21 3,42 0,17 1,58 0,314 0,34 0,869

R2 (%) 90,06 87,73 69,89 76,91

Note: En negritas se presentan los efectos significativos (p < 0.05).

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Slama, and Hamdi (2011), quienes aplicaron recubrimientos dequitosano, hidroxipropil metil celulosa, caseinato de sodio yalginato de sodio sobre papel y reportaron un aumento en laTS al incrementar la concentración del recubrimiento. En nuestroestudio se observa que a bajas concentraciones de glicerol lafuerza de tensión de las películas es mayor. Este comportamientoya ha sido reportado por varios autores, el incremento en laconcentración de plastificante reduce las fuerzas intermolecularescon lo que se aumenta la flexibilidad y se reduce la resistencia delos materiales (Chillo et al., 2008; Kaplan et al., 1993; López,García, & Zaritzky, 2008; Nussinovitch, 2013; Paschoalick,Garcia, Sobral, & Habitante, 2003). La mayor resistencia de lapelícula a base extractos pécticos de limón se da a altas concen-traciones de pectina y bajas concentraciones de glicerol.

3.2. Permeabilidad al vapor de agua

La permeabilidad al vapor de agua es una propiedad amplia-mente estudiada debido al papel que juega el agua en las reac-ciones deteriorativas de los alimentos. La permeabilidad del aguaestá relacionada a la difusividad y a la solubilidad del material enel agua; si el material es altamente soluble en agua, la permea-bilidad será menor (Ayranci & Tunc, 2003; Rojas-Graü, Tapia,Rodríguez, Carmona, & Martin-Belloso, 2007). En ocasiones,esta alta solubilidad en agua de los materiales es deseada, comoes el caso en el que la película o el recubrimiento será consumidasimultáneamente con el alimento, es decir, cuando el material esaplicado como una matriz comestible.

De igual manera que en la prueba de FT, el aceite esencial delimón no tuvo un efecto significativo en las propiedades depermeabilidad (Tabla 2). El análisis estadístico muestra quesolo existen efectos lineales significativos de las variablesconcentración de pectina y glicerol (p < 0,05) para ambos gruposde películas (BC y PC). Sin embargo, en las películas de PC seobserva un efecto cuadrático significativo de la concentración depectina (p < 0,05) y un efecto significativo en la interacción depectina*glicerol (p < 0,05).

En la Figura 1 se presentan las gráficas de contorno para lapermeabilidad al vapor de agua de las películas formuladas apartir de extracto péctico de bagazo (B1) y pomaza (B2) delimón a una concentración de 1000 mg/kg de aceite esencial delimón. En la Figura 1(B1) se muestra un efecto inverso a la FT,la PVA de las películas de bagazo de limón incrementa con elaumento de la concentración de glicerol. La PVA de las películasincrementa con la concentración de plastificante tal y como loreportó Khwaldia, Perez, Banon, Desobry, and Hardy (2004) yChillo et al. (2008). Además, se observa que es posible obtenerPVAs más bajas en las películas empleando el extracto pécticode bagazo de limón (Figura 1(B1)) que a el extracto péctico depomaza de limón (Figura (B2)). Esto podría deberse a lainteracción que pudiera llevarse a cabo entre compuestosfenólicos presentes en el extracto péctico de limón. En un estu-dio previo (Sánchez-Aldana et al., 2013) se encontraron flavo-noides en mayor concentración en el extracto péctico de bagazoque de pomaza de limón. Dichos compuestos fueron las flava-nonas naringina y hesperidina, encontradas en proporciones de8,01 mAU en BC y 6,77 mAU en PC. La hesperidina es una de

–1.5

A1 A2

B1 B2

–1.5

–1.0

–1.0

–0.5

–0.5

0.0Pectina

Glicerol

0.0

0.5

0.5

1.0

1.0

1.5

1.5

–1.5 –1.0 –0.5 0.0Pectina

Glicerol

0.5 1.0 1.5

–1.5

–1.0

–0.5

0.0

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Glicerol

0.5 1.0 1.5

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–1.5 –1.0 –0.5 0.0Pectina

Glicerol

0.5 1.0 1.5

–1.5

–1.0

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0.0

0.5

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1.5

F/mm

PVA (g/m.s.Pa)

<5x10–10

5x10–10 –6x10–10

6x10–10 –7x10–10

7x10–10 –8x10–10

8x10–10 –9x10–10

>9x10–10

< 0.50

> 1.75

0.50 0.75–0.75 1.00–1.00 1.25–1.25 1.50–1.50 1.75–

Figura 1. Gráficas de contorno de (A1) FT de películas de extracto péctico BC, (A2) FT de películas de extracto péctico PC, (B1) PVA de películas deextracto péctico de BC y (B2) PVA de películas de extracto péctico de PC (valor fijo de aceite esencial de limón a 1000 mg/kg).

Figure 1. Contour graph (A1) TF of films from BC pectic extract, (A2) TF of films from PC pectic extract, (B1) WVP of films from BC pectic extractand (B2) WVP of films from PC pectic extract (lime essential oil fixed value of 1000 mg/kg).

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las principales flavanonas que se ha reportado en los cítricos(Wang, Chuang, & Ku, 2007). Dicho compuesto puede formarun coloide estable con la pectina debido a su naturalezaglucosídica (Ben-Shalom & Pinto, 1999) y por tanto pudieraestar evitando la difusión del vapor de agua a través de lapelícula.

Las PVA más bajas se obtuvieron en las películas formula-das a partir del extracto péctico de bagazo de limón a bajasconcentraciones de glicerol y de pectina. La formulación de lapelícula que se seleccionó fue a partir de extracto péctico debagazo de limón con una concentración de pectina del 1,0% y0,75% de glicerol, esto de acuerdo a los resultados obtenidosmediante el análisis de superficie de contorno. Además, debido aque no se encontró un efecto significativo en la concentración deaceite esencial de limón se seleccionó la concentración de500 mg/kg debido a los efectos antibacterianos encontrados enotro estudio realizado por nuestro grupo de investigación (datosno publicados).

3.3. Caracterización de la película seleccionada

Conocer las propiedades del material de empaque es importantepara decidir el tipo de matriz alimenticia sobre la cual se va aaplicar. Dichas propiedades ayudan a seleccionar lascaracterísticas del alimento como lo son la humedad, el peso,la vulnerabilidad a reacciones de oxidación, la compatibilidadsensorial, la temperatura a la que se debe almacenar, entre otros,esto con la finalidad de lograr el principal objetivo de unapelícula o recubrimiento comestible, mantener la calidad y pro-longar la vida de anaquel del producto alimenticio.

En la Tabla 3 se muestra la caracterización de la películaseleccionada. Se obtuvo una película con baja humedad. Si laspelículas se forman únicamente a partir de ingredientespoliméricos estos tienden a ser frágiles y quebradizos, especial-mente bajo condiciones de baja humedad. Es por ello la impor-tancia de la adición de plastificantes a la matriz polimérica. Nosolo los polioles de bajo peso molecular como el glicerol, sorbi-tol o xilitol (Han & Gennadios, 2005) sirven como plastificantes,también el agua residual actúa como tal para películashidrofílicas (Coupland, Shaw, Monahan, Dolores O’Riordan, &O’Sullivan, 2000). Se recomienda que las películas contengandel 5 al 10% de humedad debido a que mayores humedadesaumentan la permeabilidad al vapor de agua (Coupland et al.,2000).

La densidad de la película a base de extracto péctico debagazo de limón presentó una densidad menor a películas abase de biomateriales, por ejemplo de almidón de yuca

(2.4 g·cm−3) y almidón de yuca y fibra (1,5 g·cm−3) (Müller,Laurindo, & Yamashita, 2009) y apenas un poco mayor a ladensidad de polímeros sintéticos como el polietileno de alta(0,95 g·cm−3) y de baja densidad (0,91 g·cm−3) (Sperling,2006). Por otro lado, es importante mencionar que muchas delas propiedades del material dependen del espesor de la película.El espesor de película de BC fue mayor a las películas sintéticasde polietileno de baja densidad que varía desde 15 a 50 μm(Sperling, 2006). Sin embargo, el espesor de la película selec-cionada en esta investigación fue menor al espesor de otraspelículas biodegradables a base puré de mango (170 µm)(Sothornvit & Pitak, 2007), pectina (150–250 µm), salvado dearroz (190 µm) (Gnanasambandam, Hettiarachchy, & Coleman,1997), almidón de mango (127 µm) y de plátano (113 µm)(Romero-Bastida et al., 2005).

El color de la película de BC se determinó tanto por el ladobrillante (lado en contacto con la superficie de secado) y el ladoopaco (lado en contacto con el ambiente durante el secado). Ni laΔE ni la YI presentaron diferencias significativas entre los ladosde la película, por lo que el lado de aplicación de la película noafecta las propiedades ópticas del material.

En cuanto a la PVA, se obtuvieron valores similares a otrosbiomateriales encontrados en la literatura (Garcı́a, Pinotti,Martino, & Zaritzky, 2004). Salgado, Molina Ortiz,Petruccelli, and Mauri (2010) reportaron una permeabilidad of1,4 × 10−10 g·s−1m−1·Pa−1 en una película a base de proteína degirasol, Garcia, Martino, and Zaritzky (2000) prepararonpelículas de almidón de maíz y sorbitol y encontraron PVAde 1,75 4 × 10−10 g·s−1 m−1·Pa−1.

3.3.1. Análisis termogravimétrico (TGA)

El análisis termogravimétrico determina los cambios de peso dela película con el incremento de la temperatura. El TGA permiteconocer la resistencia del material de empaque con ladeterminación de la variación de peso del material (pérdida oganancia) en función de la temperatura y el tiempo mientras lamuestra es sometida a un incremento controlado de la temper-atura (Espitia et al., 2014). Esta determinación en las películasdefine las condiciones de temperatura a la cual el materialcomienza a descomponerse.

En la Figura 2 se muestran las curvas de pérdida de peso y laderivada de la pérdida de peso/°C en función del incremento dela temperatura. Dichas curvas muestran cinco zonas de pérdidade peso. La primera zona se encuentra por debajo de los 60°C,con una pérdida de peso de casi el 10%, esto posiblemente puededeberse a pérdida de humedad así como a la evaporación delaceite esencial incorporado a la película debido a la alta volati-lidad de los compuestos presentes en los aceites esenciales.Hazra, Dollimore, and Alexander (2002) reportan energías deactivación de 33,2 y 37,87 kJ·mol −1 para el aceite esencial delimón y el limoneno (principal componente del aceite esencial delimón), lo cual indica que ambos son altamente volátiles desdetemperatura ambiente. La pérdida de peso que se da desde los100 a los 163,92°C es debido a la pérdida de humedad de lamuestra, esto pudiendo incluir agua, glicerol u otros alcoholespresentes (por ejemplo, grupos hidroxilo provenientes deazúcares y polifenoles). La tercera zona y la cuarta zonapodrían deberse a la degradación de pectinas de cadenas cortasy de cadena larga. El quinto pico puede estar asociado a cadenasramificadas de polímeros. Finalmente se observan tres fasespérdidas de peso entre los 400 y 500°C que son poco percep-tibles en la derivada de Peso/°C, esto puede relacionarse a la

Tabla 3. Propiedades de la película de BC (pectina 1,0%, aceite esencialde limón 0,05% y glicerol 0,7%).

Table 3. BC Edible film properties (1.0% pectin, 0.05% lime essentialoil and 0.7% glycerol).

Humedad (%) 11.18 ± 0.70

Densidad (g/cm3) 1.23 ± 0.13

Espesor (µm) 130 ± 10

PVA (x10−11 g·s−1·m−1·Pa−1) 5.17 ± 0.010

FT (N·mm−1) 1.48 ± 0.09

Color Lado brillante Lado opaco

ΔE 33.51 ± 1.93 a 32.77 ± 2.19 a

YI 55.87 ± 3.88 a 55.13 ± 4.36 a

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degradación de carbón remanente en la muestra. La suma deestas pérdidas representan el 8,38% del peso de la muestra total.Como peso residual de la muestra de película analizada se tuvoun 19,82%.

Las zonas de pérdida de peso encontradas anteriormenteconcuerdan con el análisis realizado por Zhou, Xu, Wang, andTian (2011), quienes evaluaron el comportamiento de pectinacítrica durante su pirolisis bajo condiciones simuladas del con-sumo de un cigarro. Encontraron cinco zonas de pérdida de peso,en la primera atribuyen la pérdida de peso entre los 50 y 160°Cdebido a la perdida de agua. Las dos siguientes zonas entre 200 y463°C encuentran una pérdida del 58% de la muestra. Estodebido a la serie de reacciones ocurridas durante el proceso, seha encontrado que la despolimerización de la cadena depolisacárido se lleva a cabo en primer lugar, a continuación,los anillos del ácido galacturónico comienzan a someterse auna amplia degradación térmica, con la evolución de diversosproductos gaseosos y la formación de carbón sólido. En dichointervalo de temperatura, en nuestro estudio se pierden alrededordel 53% del peso de la muestra. Finalmente presentan unadegradación térmica desde los 463 °C hasta los 725°C debidoa la descomposición del carbón. Las tres rampas de pérdida depeso encontradas en la última zona de nuestro estudio pudieradeberse a la descomposición reportada por Zhou et al. (2011).

3.3.2. Espectroscopia de Infrarrojo por transformada deFourier (FTIR-ATR)

En la Figura 3 se muestra el espectro de FTIR del extractopéctico de bagazo de limón así como el espectro de la películaseleccionada (BC 1,0% de pectina, 0,7% de glicerol, 0,05% deaceite esencial de limón). Se puede observar que los dos espec-tros de FTIR presentan patrones similares de absorbancia. Laregión encontrada entre los 900 y 1200 cm−1 se identifica comola región de los carbohidratos (Tripathi, Mehrotra, & Dutta,2010). La region de 850 a 1200 cm−1 se identifica como lazona de la cadena principal de ácidos poligalaturónicos. En losespectros pueden observarse las señales tipicas de las pectinas,como la zona en 1750 cm−1 referida como una banda sola aguda

correspondiente al grupo carboxilico esterificado (estiramientoC = O) (Černá et al., 2003). Este pico es un poco más alto que elencontrado en la región de 1600–1650 cm−1 por el estiramientodel carbonil en el grupo carboxilico (no esterificado). Cuandoexiste adición de glicerol (en la película) es posible observarbandas más definidas entre 1020 y 1100 cm−1, esto concuerdacon Pérez-Mateos et al. (2009), quienes reportaron este mismoefecto esto debido a los enlaces C-OH y C-O-C. Las bandasamplias y cortas 2945 cm−1 corresponten al estiramiento de OHen los grupos carboxilicos (Tripathi et al., 2010). Estas bandas semuestran más definidas en el espectro de la película que en el delextracto péctico. De igual manera, la banda encontrada entre3300 y 3600 cm−1 es más intensa y definida en el espectro dela película, esto puede deberse a la incorporación de glicerol enla película (Thygesen, Løkke, Micklander, & Engelsen, 2003).

3.3.3. Microscopia electrónica de barrido (SEM)

La morfología de la superficie y de la sección transversal de lapelícula seleccionada fue examinada mediante SEM (Figura 4).Las micrografías obtenidas muestran que la superficie de lapelícula es rugosa y heterogénea. Además, a través de las

Figura 3. Espectros de FTIR de película y extracto péctico de bagazode limón.

Figure 3. Figure 3. Lime bagasse film and pectic extract FTIR spectra.

Figura 2. Curvas de TGA y la derivada de TGA de película de Bc seleccionada.

Figure 2. TGA curve and derived TGA from the selected BC film.

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micrografías de la sección transversal se observa que el espesorde la película no es constante y existe variabilidad, además esposible observar poros posiblemente de aire, esto pudo deberse atécnica de preparación de la película, sin embargo, estos porosno atraviesan la película y pudieran estar relacionados con labaja permeabilidad al vapor de agua de la película.

4. Conclusiones

Se seleccionó una película a base de extracto péctico de bagazode limón la cual fue caracterizada. Dicha caracterizaciónpresentó propiedades similares a otras películas reportadas apartir de biomateriales.

Altas concentraciones de pectina y bajas concentraciones deglicerol son deseables para obtener mejores propiedades de per-meabilidad y resistencia del material. Se obtuvo una película decaracterísticas morfológicas heterogénea.

AgradecimientosEl autor D. Sánchez Aldana agradece al Consejo Nacional deCiencia y Tecnología de México (CONACyT) por el apoyootorgado a través de la beca de Doctorado. El autor tambiénagradece a la M.C. Shaida Martínez Ramírez por el apoyo en eldesarrollo y evaluación de los experimentos y al Centro deInvestigación de Materiales Avanzados de Chihuahua (CIMAV)por el análisis de las películas por SEM.

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50 µM 20 µM

Figura 4. Micrografías de SEM de la película de BC seleccionada, área superficial (magnificación 400x) y transversal (magnificación 1000x).

Figure 4. Selected BC edible film micrographs, superficial area (400× magnification) and cross section (1000× magnification).

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