Assessment of gelatin–chitosan interactions in films by a chemometrics approach

Abstract

Information looking at the interaction mechanism of chitosan–gelatin is scarce. The objective of this work was to analyze the interactions between chitosan and bovine (BG) and salmon gelatins using a chemometrics approach based on the multivariate statistical analysis, partial least square regression (PLSR), with data collected from amino acid profiling and differential scanning calorimetry.

Gelatins showed differences in imino acid profile (higher amount of proline and hydroxyproline in BG). Chitosan modified the microstructure of films as indicated by variations in glass transition temperature (T_g), heat capacity (∆Cp), melting temperature (T_m), and enthalpy (∆H), in partially crystalline and amorphous films due to the effect of chitosan on gelatin chain renaturation and moisture content. PLSR showed that thermal properties of gelatin–chitosan films were affected by presence of amino acids Cysteine, Tyrosine, Valine, Arginine, Hydroxyproline, and Glycine, which would modify the orientation of side chains of polymer, while charged amino acids would encourage gelatin renaturation rather than gelatin–chitosan interaction.

Existe poca información en torno al mecanismo de interacción entre el quitosano y la gelatina. El presente estudio tuvo como objetivo analizar las interacciones existentes entre el quitosano y las gelatinas de bovino (BG) y de salmón (SG), empleando para ello un enfoque de quimiometría basado en el análisis estadístico multivariante (regresión del mínimo cuadrático parcial, PLSR) y utilizando los datos recabados por medio del perfilado de aminoácidos y de la calorimetría diferencial de barrido. Se observó que las gelatinas mostraron diferencias en el perfil de aminoácidos detectándose concentraciones más elevadas de Pro y Hyp en BG. Al mismo tiempo, debido al efecto del quitosano en la renaturalización de la cadena de gelatina y del contenido de humedad, éste modificó la microestructura de las películas, lo cual fue indicado por las variaciones de la temperatura de transición vítrea (T_g), de los cambios en la capacidad calorífica (∆Cp), de la temperatura de fusión (T_m) y cambios de entalpía, en las películas parcialmente cristalinas y amorfas. La PLSR demostró que las propiedades térmicas de las películas gelatina-quitosano fueron afectadas por la presencia de los aminoácidos cisteína, tirosina, valina, arginina, hidroxiprolina y glicina, que modificaron la orientación de las cadenas laterales de polímeros, a la vez que los aminoácidos con carga favorecían la renaturalización de la gelatina en vez de la interacción gelatina-quitosano.

Keywords:

• salmon gelatin
• bovine gelatin
• chitosan
• polymer interactions
• multivariable statistical analysis

Palabras claves:

• gelatina de salmón
• gelatina de bovino
• quitosano
• interacciones de polímeros
• análisis estadístico multivariado

Acknowledgements

Financial support given by PAI [grant number 79130039], Fondecyt [grant number1110607] and Fondecyt [grant Number1120166] from CONICYT-Chile is gratefully acknowledged.