Ejemplo para la presentación de un protocolo de investigación

1. Junio 2013

4. Las biopelículas se caracterizarán por:
• Difracción de Rayos X
• Espectroscopia de Infrarrojo con
Transformada de Fourier (FTIR),
• Microscopia Electrónica de Barrido
(SEM)
• Calorimetría Diferencial de Barrido
(DSC)
• Esfuerzo a la Tensión
• Permeabilidad al Vapor de Agua y O2
Biopelículas
Quitosan
o 2%
(p/V)
Ácido:
Acético y
Fórmico
0.5M
Pectina
1:0, 1:0.5,
1:1
(Quitosano
/pectina)
Glicerol: 0,
25 y 50%
(% p/p
quitosano).
M
étododecasting
Ácido:
Acético
0.2, 0.5 y
1M
Modelo matemático utilizando la
Metodología de Superficie de Respuesta, para
obtener la respuesta óptima en cuestión a:
•Permeabilidad al vapor de agua
•Permeabilidad al O2
•Resistencia a la tensión
•Porcentaje de elongación
Pectina
Tipo de
solvente
Glicerol1

5. Biopolímeros
Proteínas Polisacáridos Lípidos
Gelatina
Gluten de
trigo
Almidón
Pectina
Quitosano
Ceras
Surfactantes
• Forma películas comestibles
• Propiedades antimicrobianas
• Mejorando la calidad del alimento
• Retarda maduración
• Retarda tiempo de deterioro
QUITOSANO
2

6. ESTADO DEL ARTE
Viscosidades(cP)
pH:
3.07 a
3.87
3 Characteristics of different molecular weight chitosan films affected by the type of organic solvents.
S.Y. PARK, K.S. MARSH, AND J.W. RHIM. 2002, Food Engineering and Physical Properties.
Quitosano 2% p/V
2%
4%
2%
2%

7. ESTADO DEL ARTE
Physicochemical Properties of Edible and Preservative Films from Chitosan/Cassava Starch/Gelatin
Blend Plasticized with Glycerol. Qiu-Ping Zhong, Wen-Shui Xia. 3, 2008, Food Technol. Biotechnol,
Vol. 46, págs. 262–269.
4
100 g de quitosano

8. ESTADO DEL ARTE
Influence of the Concentrations of Chitosan and Glycerol on Edible Film Properties Showed by
Response Surface Methodology. Mohamed Cisse´, Didier Montet,Ge´rard Loiseau,Marie-Noe¨lle
Ducamp-Collin. 24 de Abril de 2012, J Polym Environ, Vol. 20, págs. 830–837.
% p/p quitosano.
amol=1 x 1018
mol.
5
Quitosano(
%)
1.07
1.50
1.93
Glicerol
(%)
12.50
25
37.50
50

9. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
4-5 millones
de toneladas
anuales de
residuos.
Industria
Alimenticia
40 %
Entre:
15 y 85 %
CAUSAS:
• Pudriciones
•Lesiones físicas
•Desórdenes
fisiológicos
•Tecnología
inadecuada o carencia
de esta, para el control
de la maduración.
6

10. JUSTIFICACIÓN
PROPIEDADES
Antifúngicas
Antimicrobianas
Filmogénicas
Buena biocompatibilidad
Buena biodegradabilidad
Bajo costo
PROPIEDADES
Estabilidad
Permeabilidad
Flexibilidad
Alimentos congelados sin
cambios en propiedades
mecánicas.
Permeabilidad al
oxígeno
Permeabilidad al
vapor de agua7

11. HIPÓTESIS
El modelo estadístico obtenido a partir del
análisis de superficie de respuesta, permite la
predicción teórica de las propiedades óptimas
referentes a la permeabilidad al vapor de agua,
permeabilidad al O2 y la fuerza de tensión de
películas formadas a partir de quitosano/pectina,
solventes como ácido fórmico y acético y el glicerol
como agente plastificante, con un nivel de confianza
del 95%, reduciendo tiempos y costos innecesarios.
8

12. OBJETIVOS
Analizar las propiedades de biopelículas a base de
quitosano/pectina/glicerol, utilizando la metodología de
superficie de respuesta para determinar la mejor
formulación.
1. Investigar el estado del arte referente a la elaboración de
películas a base de pectina, quitosano y su combinación
entre ellas, los resultados obtenidos en cuestión de
propiedades mecánicas y de barrera así como la utilización
de la metodología Superficie de respuesta para el análisis de
éstas.
2. Determinar las variables para la formación de las biopelículas
a base de pectina-quitosano y de las concentraciones de los
solventes Ácido fórmico y ácido acético.
9

13. 3. Desarrollar las biopelículas variando las concentraciones de
pectina-quitosano, los solventes mencionados anteriormente y
la concentración de glicerol como agente plastificante.
4. Observar e identificar el comportamiento de las propiedades
físicas: Permeabilidad al vapor de agua y permeabilidad al O2; así
como el análisis de las propiedades mecánicas: esfuerzo a la
tensión y porcentaje de elongación.
5. Analizar las propiedades adquiridas por medio de la
metodología de Superficie de respuesta con ayuda del software
Minitab 15.
6. Establecer un modelo estadístico-matemático que permita
optimizar la utilización de pectina-quitosano y solventes en la
formación de biopelículas, y que nos otorgue las propiedades
físicas y mecánicas más adecuadas.
10

14. METAS
1. Obtener un modelo matemático que optimice los valores
de las propiedades mecánicas y de barrera a partir de las
biopelículas a base de quitosano/pectina/glicerol, con un
nivel de significancia del 95%.
2. Asistir y presentar el presente proyecto en el congreso
de la AMIDIQ que se llevará a cabo en Mayo 2014.
3. Publicar un artículo referente al presente proyecto.
4. Realizar una breve estancia en otro centro de
investigación.
11

15. MARCO TEÓRICO
OBTENCIÓN
FUNCIONES
DE BARRERA:
Humedad
O2 y CO2
Aromas
Lípidos
Característic
as:
Película o
recubrimiento
??
CARACTERÍSTICAS
Dispersar y solubilizar
el biopolímero en una
gran cantidad de
disolvente
Mezcla del biopolímero
con otros aditivos en
condiciones de baja
humedad.12
Permeabilidad al O2
Permeabilidad al CO2
Permeabilidad al vapor
de agua
Resistencia a la tensión
Porcentaje de
PROPIEDADES:

16. MARCO TEÓRICO
Polisacárido que es
extraído por medio
de la hidrólisis de la
quitina en medio
alcalino(hidróxido de
sodio)a altas
temperaturas.
α-(1-4)-2- amino-2-desoxi-Dglucosa
Polímero:
largas cadenas
Fue descubierto
por Rouget en
1859, pero fue
hasta 1894 que
Hoppe Seyler lo
nombró como
“quitosano” o
“quitosana”.
 Industria alimentaria
 Medicina
Biotecnología
Procesos industriales
Agricultura
Cosméticos
Industria farmacéutica
Textil
Papelera
APLICACIONES
13
Exoesqueletos

17. MARCO TEÓRICO
 Industria alimentaria
 Medicina (patologías)
Industria farmacéutica
APLICACIONES
Polisacárido
Ácido α-(1,4)-D-galacturónico
14

18. MARCO TEÓRICO
Estrategia experimental y de modelación mediante la cual
se pretende hallar las condiciones óptimas de una variable
de interés que esté influenciada por otras.
DISEÑO
MODELO
OPTIMIZACIÓN
CRIBADO
Experimento inicial
BÚSQUEDA
1er Orden
BÚSQUEDA
2do Orden
8 factores
(k ≤ 5)
15
Comportamiento
de la variable
respuesta
Diseños
factoriales 2k
completos o
fraccionados Interacción y
permitir la
detección de
curvatura.
Modelar y
caracterizar
adecuadamente la
curvatura

19. METODOLOGÍA
Silanización de
moldes
Preparación de
solución
Diseño
experimental
Diclorodimetil-
silano al 3%
etanol. 30 min;
120°C, 2h
Agitar 30
min,vaciar,
16 h, 50 °C
16

20. METODOLOGÍA
Medición del
pH
Método de
casting
Medición del
espesor
Potenciómetro
Conductronic
PC18 a
temperatura
ambiente
Digimatic
IP65
MITUTOYO
10
17
50 ml, 60 °C
5 h
< 1,0 mm
[0,04 in] ASTM
D 638 – 03

21. METODOLOGÍA
Permeabilidad al
vapor de agua
Norma ASTM
E96; 6cm
18
Permeabilidad
al O2
Propiedades
mecánicas
Norma
ASTM
D1434
VAC-V2
Permeability
tester
ASTM D882-02,
2x10 cm,
V=0.05 mm/s,
D=50mm
BlueHill
Lite de
INSTRON
“Método
de la copa”
UAEH, Tulancingo, Dr.
Norberto Chavarría
Hernández.

22. Difracción de
Rayos X Espectropia de
Infrarrojo con
Transformada de
Fourier (FTIR)
Microscopía
Electrónica de
barrido (SEM)
RYGAKU
modelo
D max
2100 Perkin Elmer
Spectrum
Two con
software
Spectrum®
650 a 4000 cm-1
Accesorio
ATR
JEOL Modelo
JSM-6010ª,
100, 500 y
1000X17
METODOLOGÍA
CINVESTAV U.Qro, Dr.
Gerónimo Arámbula
Villa

23. METODOLOGÍA
Calorimetría
diferencial de
barrido (DSC)
Modelo
(MSR)
TA Instruments,
modelo 2010,
New Castle USA
Barridos
de 5°C a
250°C
Y = ß0
+ ß1
x1
+ ß2
x2
+ ß3
x3
+ ß11
x1
2
+
ß22
x2
2
+ ß33
x3
2
+ ß12
x1
x2
+ ß13
x1
x3
+ ß23
x2
x3
+ Ɛ
Donde ß0 es la media global de los datos,
ß1, ß2 y ß3 son los coeficientes de regresión
para los términos lineales de los efectos,
ß11, ß22 y ß33 son los efectos cuadráticos y ß12,
ß y ß son los efectos de interacción.
19
CEPROBI, IPN,
Dr. Rodolfo Rendón
Villalobos.

24. CALENDARIZACIÓN
20

25. REFERENCIAS
1. ¿Biopelículas comestibles? Garciglia, Rafael Salgado. 6, 2012, Saber más. Universidad Michoacana
de San Nicolás de Hidalgo, págs. 4-5.
2. PELÍCULAS Y CUBIERTAS DE QUITOSANA EN LA CONSERVACIÓN DE VEGETALES. García,
Mario A. 1, 2008, Ciencia y Tecnología de Alimentos, Vol. 18, págs. 71-76.
3. Physicochemical Properties of Edible and Preservative Films from Chitosan/Cassava Starch/Gelatin
Blend Plasticized with Glycerol. Qiu-Ping Zhong, Wen-Shui Xia. 3, 2008, Food Technol. Biotechnol, Vol.
46, págs. 262–269.
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Villarruel, Cristóbal Noé Aguilar-González, Juan Carlos Contreras-Esquivel, Gpe. Virginia Nevárez-
Moorillón. 2, 20 de Junio de 2011, Tecnociencia, Vol. 5, págs. 76-82.
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sapientum cv. Berangan) ripening process. Jafarizadeh Malmiri H., Osman A., Tan C.P.,Abdul Rahman
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7. Influence of the Concentrations of Chitosan and Glycerol on Edible Film Properties Showed by
Response Surface Methodology. Mohamed Cisse´, Didier Montet,Ge´rard Loiseau,Marie-Noe¨lle
Ducamp-Collin. 24 de Abril de 2012, J Polym Environ, Vol. 20, págs. 830–837.
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9. Elaboración y caracterización de películas biodegradables a base de nanobiopartículas (mucilago y
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24. Development of model for barrier and optical properties of tapioca starch based edible films. J. Prakash
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Carbohydrate Polymers, Vol. 92, págs. 1335– 1347.
22