Caratterizzazione strutturale di biopolimeri compositi amido -cellulosa = Structural characterization of composite biopolymers starch-cellulose

Negli ultimi anni i compositi di amido e cellulosa sono stati studiati per ottenere diverse applicazioni come biopolimeri, pellicole e scaffolds per ambito medico. La cellulosa viene utilizzata spesso come riempitivo nei materiali compositi; un composito amido-cellulosa può migliorare le scarse proprietà dell’amido, in particolare: fragilità, bassa resistenza meccanica, elevata permeabilità ai gas e ridotta resistenza all’acqua. L’obbiettivo di questo studio è la comprensione di come la cellulosa interagisca con l’amido durante i fenomeni di auto-associazione delle catene di amilosio, e i fenomeni di retrogradazione dell’amido. Sono stati studiati tre diversi tipi di amido per valutare l’effetto della differente composizione di amilosio e amilopectina. Gli amidi studiati sono: Maize starch (25% amilosio), Amilomaize starch (50% amilosio) e Waxy maize (0% amilosio). Per quanto riguarda la cellulosa, se ne sono utilizzate due tipologie: nano fibrille di cellulosa batterica (CNF) e nano cristalli di cellulosa (CNC). Mentre i nano cristalli possono essere usati tal quali, le nano fibrille di cellulosa batterica hanno richiesto un pretrattamento consistente in: idratazione, omogeneizzazione, filtrazione, bagno ad ultrasuoni. La fase successiva consisteva nel miscelamento di cellulosa e amido in acqua, e quindi nella gelificazione ad alta temperatura. Sono stati studiati campioni al 0%,2%,6% in peso di CNF e CNC di ciascun amido. L’intero processo di gelificazione è stato osservato con microscopia a luce polarizzata, utilizzando una piastra riscaldante che provvedeva alla corretta curva di temperatura. I gel prodotti sono stati analizzati tramite spettroscopia Raman dove si è valutata la retrogradazione tra il giorno 1 e il giorno 7, seguendo lo spostamento dei picchi più rilevanti quello a 480 cm-1 e 785 cm-1 e calcolando la cristallinità dei campioni. Successivamente gli spettri sono stati sottoposti a Principal Componet Analysis (PCA) per valutarne le differenze. Sempre tramite PCA è stato possibile analizzare gli spettri e capire in che zone del Raman shift si concentrano le maggiori differenze fra campione e campione. Infine sono state effettuate analisi di Small & Wide angle X-ray scattering al Sincrotrone Europeo di Grenoble (ESRF, France). Le misure sono state processate tramite PCA andando così a cogliere le maggiori differenze fra i campioni e le cinetiche del processo di gelificazione. Lo studio delle interazioni a livello molecolare tra amido e cellulosa è importante per migliorare i loro compositi ottenendo così materiali ad alte prestazioni.