Chitosan/corn starch blends and films. Influence of polyol addition, starch oxidation and amylose/amylopectin ratio in their properties

Os filmes de quitosana/amido são utilizados para preparação de sistemas biocompatíveis de liberação controlada, materiais de revestimento e filmes comestíveis. As propriedades reológicas, térmicas, mecânicas, de taxa de transmissão de vapor de água (WVP) e solubilidade foram avaliadas em função das mudanças estruturais do amido (gelatinizado ou oxidado), da adição de polióis (etilenoglicol, glicerol e sorbitol) e da razão amilose/amilopectina (73% e 100% amilopectina). Os ensaios de reologia mostraram que as blendas formadas por quitosana e amido (100% amilopectina) tiveram interações mais fortes quando comparadas com as blendas de quitosana/amido (73% amilopectina), tanto na forma oxidada quanto na forma gelatinizada. Os polióis causam mudanças nas redes tridimensionais formadas entre a quitosana e o amido, tanto quando se usa amido gelatinizado como quando se usa o amido oxidado. Os valores de G´ encontrados para as blendas preparadas com amido oxidado foram em todos os casos menores em relação às blendas preparadas com amido gelatinizado, indicando diferenças na estrutura do gel formado e também na organização dos seus componentes. Essas mudanças foram resultantes da associação que ocorre entre a quitosana e o amido oxidado que é diferente daquela que ocorre entre quitosana e amido gelatinizado. A oxidação do amido A termogravimetria mostrou que a razão amilose/amilopectina não influencia o perfil de perda de massa e a oxidação amido aumenta a quantidade de água nos filmes e também diminui a estabilidade térmica observada por Tonset. O glicerol é o poliol que provoca maiores mudanças no comportamento de perda de massa dos filmes, pois é observada a decomposição de parte do glicerol que não está interagindo com a quitosana e o amido. O DSC mostrou que a presença de amilose nas blendas provoca uma interação mais forte da água com os polissacarídeos. Para todos os filmes com amido gelatinizado, a adição de polióis aumenta a temperatura de pico endotérmico e esta é quase sempre maior quando o glicerol é adicionado e que a oxidação do amido provoca um aumento nos valores de pico endotérmico, sugerindo que mais água está interagindo com os polímeros. A adição dos polióis aumenta os valores de espessura dos filmes, pelo aumento do volume livre do sistema, tanto nos filmes preparados com amido gelatinizado, quanto no oxidado. A presença de amilose nos filmes aumenta os valores de WVP e de solubilidade, provavelmente porque a presença de amilose auxilia no aumento da difusão de moléculas de água pelo e facilita a entrada de água e sua posterior solubilização. A adição dos polióis diminui os valores de WVP nos filmes de quitosana e amido gelatinizado. A oxidação do amido interfere mais nos valores de WVP para os filmes de quitosana/amido (100% amilopectina), sugerindo maior difusão das moléculas de água pelo filme. A oxidação aumenta os valores de solubilidade, pois as interações ocorrem em menor quantidade entre a quitosana e o amido, o que acaba facilitando o processo de solubilização. A adição dos polióis provoca um aumento na solubilidade de todos os filmes. Os ensaios preliminares de tração por DMA indicaram que os filmes de quitosana/amido gelatinizado e os filmes de quitosana/amido oxidado são rígidos e quebradiços e com a adição dos polióis ocorre um aumento na flexibilidade. Estudos preliminares destes filmes como suportes para liberação controlada de ciprofloxacina mostraram que estes são promissores para esta aplicação.Chitosan/starch association represents an interesting alternative to the preparation of biocompatible drug delivery systems, packing materials and edible films. Changes in rheological, thermal and mechanical properties, water vapor permeability and solubility of chitosan/starch films were evaluated varying the starch structure form (gelatinized or oxidized), poliol addition (ethyleneglycol, glycerol and sorbitol) and amylose/amylopectin ratio (73% and 100% amylopectin). Rheological measurements showed that chitosan/starch (100% amylopectin) blends had stronger interaction compared to chitosan/starch (73% amylopectin) blends, both in gelatinized and oxidized starch form. Polyols cause changes in chitosan/starch three-dimensional networks due to reduction in polymer-polymer chain bonding that reflect in rheological properties. G´ modulus value decreases with starch oxidation, indicating variation in gel structure and also in organization of polymeric components, due to differences in association between chitosan and gelatinized or oxidized starch. Thermogravimetric curves showed that amylose/amylopectin ratio does not influence the weight loss behavior and starch oxidation increases the amount of water and decrease thermal stability of films, as observed by Tonset. Glycerol causes changes in weight loss behavior due to the presence of glycerol that not interact with chitosan and starch. DSC results suggest that amylose presence promotes a higher water interaction with polysaccharides. Polyol addition shift the endothermic peak associated to free water for higher temperatures, suggesting interaction between biopolymers and polyols. Also, polyol increases thickness values in all films as increase the free volume of the system. Amylose presence increases WVP and solubility values, suggesting the formation of low dense structure, which increases the water molecules diffusion and facilitates the dissolution of films in water. Polyols presence decrease WVP values in chitosan/gelatinized starch films. Starch oxidation affected the WVP values in chitosan/starch (100% amylopectin) films, suggesting low compact structure that allows the water molecule diffusion in the films. Starch oxidation increases solubility values as lower interaction between chitosan and oxidized starch, which facilitates the solubility process. Polyols addition causes an increase in solubility in all films. Preliminary mechanical tests performed by DMA indicated that chitosan/starch (gelatinized or oxidized) films are rigid and brittle and polyol addition increases the flexibility. In vitro ciprofloxacin drug delivery behavior showed that films are promising for this application