Estudio de la hidrofobicidad: determinación de la capacidad de hinchamiento

76 Este comportamiento se atribuye a la segregación micelar que provocar el surfactante al quitosano en solución, descrito por Pepić y col.⁸⁹; la cual dejaría a los grupos polares, como los grupos amina en toda la cadena polimérica, más expuestos a la temperatura, induciéndolos a la degradación. También, correlacionando lo dicho por Corazzari y col.⁹⁰, estos compuestos hidrófilos estarían formando los gases característicos de la degradación, lo cual se denota en los termogramas (Figura 43).

Propiedades funcionales de los sistemas híbridos biopoliméricos

Como fue descrito en la sección de antecedentes, la aplicación de sistemas encapsulados en formulaciones del tipo acuoso por asperjado, por ejemplo, requiere que las matrices de polímero presenten ciertas propiedades fisicoquímicas tales como hidrofobicidad y capacidad de absorción UV. Es por ello que se realizó una serie de caracterizaciones para conocer, si la incorporación de nanopartículas de cea de Candelilla, en los contenidos estudiados, fueron suficientes para impartir las propiedades fisicoquímicas deseadas a las matrices de polímero.

7.7.1 Estudio de la hidrofobicidad: determinación de la capacidad de hinchamiento

77 gelatinización total y retrogradación a 24 horas, indicativo de ser una matriz considerablemente hidrófila⁶⁰.

Por otro lado, los sistemas híbridos de nanopartículas de cera de Candelilla y almidón, presentan una considerable reducción en el poder de hinchamiento, con valores de 8.13±0.44, 5.81±0.62, 5.62±011 y 4.51±0.36 para las proporciones de 10, 20, 30 y 40%

en peso de nanopartículas de cera de Candelilla, lo que representa una disminución de hasta un 55% tras añadir las nanopartículas de cera (40% en peso de cera).

Figura 45: Poder de hinchamiento de los sistemas híbridos obtenidos con matriz de almidón (línea azul) y con matriz de quitosano (línea naranja).

De la Figura 45, se observa que un incremento en el contenido de cera mayor al 20% en peso ya no representa un cambio significativo en esta propiedad. Los datos obtenidos del poder de hinchamiento de los sistemas de almidón con nanopartículas de cera de Candelilla son semejantes a los reportados para almidones nativos, es decir sin

78 gelatinización, donde su bajo poder de hinchamiento está relacionado con una conservación de la estructura cristalina del gránulo⁶⁰. Sin embargo, en nuestro caso, este comportamiento se atribuye a la naturaleza hidrófoba de la cera, puesto que el almidón fue completamente gelatinizado, además de presentar una baja cristalinidad (capítulo 1.4.1)

Además, para las micropartículas obtenidas a un 10% en peso de nanopartículas de cera de Candelilla la capacidad de absorción de agua, es menor que el reportado para sistemas de películas elaboradas con mezclas de almidón y ceras naturales con el mismo porcentaje en peso de cera¹⁰⁰. Esta disminución en la capacidad de absorción de agua para los sistemas híbridos obtenidos, respecto a los sistemas reportados en películas podría ser atribuida a una mejor incorporación de la cera de Candelilla, ofreciendo un carácter hidrófobo más atractivo para la micropartícula. A su vez, una proporción de cera de 20% en peso podría ser la más adecuada para los sistemas híbridos debido que presentó una morfología mecánicamente más estable, con menores defectos, y sin problemas de aglomeración en el proceso de atomizado y secado (Figura 25c).

Por otra parte, los sistemas híbridos con la matriz de quitosano (Figura 45) presentan valores más altos de poder de hinchamiento (con 16.20±3.14) en comparación de los sistemas obtenidos con almidón, pero son semejantes a los reportados para sistemas con esta matriz⁹². Estos valores altos de poder de hinchamiento, en comparación con el sistema de almidón, posiblemente se deban al estado predominantemente amorfo en el que está el polímero (Figura 38), permitiendo la alta difusión de agua en la integridad de las micropartículas de quitosano.

Con la incorporación de las nanopartículas de cera de Candelilla se logran valores de poder de hinchamiento de 13.89±1.87, 13.62±0.26, 13.84±0.83 y 16.43±3.23 para la proporción de cera de 10, 20, 30 y 40% en peso, generando una reducción de hasta un 15.9% en la capacidad de hinchamiento a una concentración de nanopartículas del 20%

en peso. Esta reducción en el poder de hinchamiento para el quitosano ha sido reportado al añadirse nanopartículas como las nanoarcillas⁹². El decremento del poder de hinchamiento de los sistemas de quitosano podría atribuirse a la presencia de la cera de Candelilla dentro de las micropartículas, esto para los sistemas con 20% en peso, que

79 favorece la repulsión del agua gracias a la propiedad hidrofóbica de dichas nanopartículas.

Sin embargo, a un contenido de nanopartículas de cera de Candelilla mayor al 20% en peso se presentan incrementos de esta propiedad, asemejando los valores de poder de hinchamiento del quitosano sin las nanopartículas de cera. Este comportamiento podría llegar a asociarse a la segregación micelar provocada por la presencia del Tween 60, según lo descrito por Pepić y col⁸⁹. Dicha segregación permitiría mayor absorción de agua por la presencia de grupos polares e hidrófilos en la superficie de las micropartículas generadas en el atomizado y secado, consecuentemente, hidratando la matriz.

Por otra parte, se realizó una dispersión acuosa de las micropartículas de almidón y de almidón:cera al 20% en peso a una concentración de 1 g/mL, asemejando una formulación para asperjado. En la Figura 46 se presentan las micropartículas de almidón altamente hidratadas, formando un gel precipitado en el fondo del vial, por otro lado, la formulación con micropartículas de almidón:cera se asemeja a una dispersión blanquecina, en la que no se perciben aglomerados, así tampoco la formación de geles.

Esto último, facilitaría la elaboración de formulaciones para asperjado en el área agrícola.

Figura 46: Dispersiones acuosas de almidón atomizado y almidón:cera al 20% en peso Con los resultados obtenidos, es posible considerar a los sistemas de almidón y quitosano con un contenido del 20% en peso de cera de Candelilla como prometedores para su aplicación como sistemas híbridos, en los cuales se conserva su apariencia de

80 polvo con aparente reducción en el poder de hinchamiento, permitiendo a estos sistemas ser aplicados bajo condiciones de alta humedad.

7.7.2 Determinación de la capacidad de absorción de radiación UV: estudio por