Caracterización reológica y reométrica de soluciones macromoleculares eléctricamente cargadas: aplicación a gelatinas comerciales

Abstract

En esta tesis se estudian aspectos relevantes de las soluciones de gelatina desde el punto de vista reológico y fisicoquímico en los regímenes de concentración ultra-diluido, diluido y concentrado. Del análisis teórico - experimental se concluye que el comportamiento microestructural estas soluciones depende de la concentración macromolecular, de la temperatura y de la composición electrolítica del solvente. En el régimen diluido se produce agregación de moléculas de gelatina. Este fenómeno se estudia mediante la medición de la viscosidad específica de soluciones maduradas a distintas temperaturas y se interpreta a través de la teoría de Smoluchowski. Se observa que a medida que el tiempo de maduración aumenta, los agregados que se producen son más polidispersos y a su vez estos son más desordenados a menores temperaturas y ocluyen mayor cantidad de solvente en su interior. Mediante la evaluación reométrica de soluciones ultra-diluidas se observa que el sistema no experimenta agregación sino que las moléculas de gelatina realizan un plegado intramolecular. Asimismo, se analiza el estado de carga de las moléculas de gelatina a diferentes pH observándose que estas son polianfolitos débilmente cargados y que adoptan conformaciones globulares compactas en la zona del punto isoeléctrico y estructuras más expandidas en zonas alejadas de este valor. Los ensayos reométricos realizados en el régimen concentrado, muestran que la variación del estado de carga con el pH y la fuerza iónica del medio condicionan la formación y estabilización de redes debido a la modificación de las interacciones electrostáticas intermoleculares.

In this thesis relevant aspects related to rheological and physicochemical characteristics of gelatin solutions in the very diluted, diluted and concentrated regimes are studied. From the experimental and theoretical analysis it was concluded that the microstructural behavior of those solutions depends on the macromolecular concentration, temperature, and solvent electrolyte composition. In the diluted regime, gelatin aggregation was produced. This phenomenon was studied through the evaluation of specific viscosity of gelatin solutions subjected to a maturation process at different temperatures and it was interpreted through the Smoluchowski theory. It was observed that the aggregates tend to be high polydisperse as maturation time increases and, even more, more disordered aggregates are formed with high amount of occluded solvent at lower temperatures. Through the reometric evaluation of very diluted solutions, it was observed that this process is not aggregative. In this situation, gelatin molecules undergo to an intramolecular folding. In addition, the electrical charge state of gelatin molecules at different pH was evaluated. It was observed that gelatin chains are weakly-charged polyampholytes and that they aquirecompact globular conformations close to the isoelectric point while more expanded structures are attained at pH values far away from the isoelectric point. Reometric tests carried out in the concentrated range showed that the variation of the charged state of the molecules with pH and ionic strength influences the formation and stabilization of networks due to the modification of intermolecular electrostatic interactions.