Thermoplastic starch blown films with improved mechanical and barrier properties

CRediT authorship contribution statement 

Khanh Minh Dang: Validation, Formal analysis, Investigation, Data 

curation, Writing-Original draft, Visualization. 

Rangrong Yoksan: Conceptualization, Methodology, Resources, Data 

curation, Writing-review and editing, Visualization, Supervision, Project 

administration, Funding acquisition. 

Acknowledgments 

This research was supported by the National Research Council of 

Thailand  (NRCT)  and  the  Postdoctoral  Fellowship  from  Kasetsart 

University. 

References 

[1] L. Av

´

erous, Biodegradable multiphase systems based on plasticized starch: a 

review, J. Macromol. Sci., Polym. Rev. 44(3) (2004) 231

–

274. doi:10.1081/MC- 

200029326. 

[2] O.V. L

´

opez, N.E. Zaritzky, M.V.E. Grossmann, M.A. García, Acetylated and native 

corn starch blend films produced by blown extrusion, J. Food Eng. 116 (2) (2013) 

286

–

297, 

https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.12.032

. 

[3] L. Mo

´

scicki, M. Mitrus, A. W

´

ojtowicz, T. Oniszczuk, A. Rejak, L. Janssen, 

Application of extrusion-cooking for processing of thermoplastic starch (TPS), Food 

Res. Int. 47 (2) (2012) 291

–

299, 

https://doi.org/10.1016/j.foodres.2011.07.017

. 

[4] X. Qiao, Z. Tang, K. Sun, Plasticization of corn starch by polyol mixtures, 

Carbohydr. Polym. 83 (2) (2011) 659

–

664, 

https://doi.org/10.1016/j. 

carbpol.2010.08.035

. 

[5] M. Thunwall, V. Kuthanova, A. Boldizar, M. Rigdahl, Film blowing of thermoplastic 

starch, Carbohydr. Polym. 71 (4) (2008) 583

–

590, 

https://doi.org/10.1016/j. 

carbpol.2007.07.001

. 

[6] R. Zullo, S. Iannace, The effects of different starch sources and plasticizers on film 

blowing of thermoplastic starch: correlation among process, elongational 

Fig. 7.

Water contact angle as a function of time for different TPS blown films 

as mentioned in 

Section 2.2

: (a) G38, (b) G40, (c) G42, (d) GX38, (e) GX40, (f) 

GX42, (g) GS40, and (h) GS42. 

K.M. Dang and R. Yoksan                                                                                                                                                                                                                    

---

International Journal of Biological Macromolecules 188 (2021) 290–299

299

properties and macromolecular structure, Carbohydr. Polym. 77 (2) (2009) 

376

–

383, 

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2009.01.007

. 

[7] R.A. Talja, H. Hel

´

en, Y.H. Roos, K. Jouppila, Effect of type and content of binary 

polyol mixtures on physical and mechanical properties of starch-based edible films, 

Carbohydr. Polym. 71 (2) (2008) 269

–

276, 

https://doi.org/10.1016/j. 

carbpol.2007.05.037

. 

[8] Y. Zhang, J.H. Han, Plasticization of pea starch films with monosaccharides and 

polyols, J. Food Sci. 71 (6) (2006) 253

–

261, 

https://doi.org/10.1111/j.1750- 

3841.2006.00075.x

. 

[9] D. Muscat, B. Adhikari, R. Adhikari, D.S. Chaudhary, Comparative study of film 

forming behaviour of low and high amylose starches using glycerol and xylitol as 

plasticizers, J. Food Eng. 109 (2) (2012) 189

–

201, 

https://doi.org/10.1016/j. 

jfoodeng.2011.10.019

. 

[10]

A.D. Godwin, Plasticizers, in: C.D. Craver, C.E. Carraher (Eds.), Applied Polymer 

Science: 21st Century, Pergamon, Oxford, 2000, pp. 157

–

175

. 

[11] J. Juansang, C. Puttanlek, V. Rungsardthong, S. Puncha-Arnon, W. Jiranuntakul, 

D. Uttapap, Pasting properties of heat-moisture treated canna starches using 

different plasticizers during treatment, Carbohydr. Polym. 122 (2015) 152

–

159, 

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.12.074

. 

[12] R.A. Talja, H. Hel

´

en, Y.H. Roos, K. Jouppila, Effect of various polyols and polyol 

contents on physical and mechanical properties of potato starch-based films, 

Carbohydr. Polym. 67 (3) (2007) 288

–

295, 

https://doi.org/10.1016/j. 

carbpol.2006.05.019

. 

[13] K.F. Tiefenbacher, Chapter six - wafer sheet manufacturing: technology and 

products, in: K.F. Tiefenbacher (Ed.), Wafer and Waffle, Academic Press 2017, pp. 

405

–

486. 

[14] S. Maaran, R. Hoover, E. Donner, Q. Liu, Composition, structure, morphology and 

physicochemical properties of lablab bean, navy bean, rice bean, tepary bean and 

velvet bean starches, Food Chem. 152 (2014) 491

–

499, 

https://doi.org/10.1016/j. 

foodchem.2013.12.014

. 

[15] M.R. Area, B. Montero, M. Rico, L. Barral, R. Bouza, J. Lopez, Properties and 

behavior under environmental factors of isosorbide-plasticized starch reinforced 

with microcrystalline cellulose biocomposites, Int. J. Biol. Macromol. 164 (2020) 

2028

–

2037, 

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.08.075

. 

[16] A.B. Dias, C.M.O. Müller, F.D.S. Larotonda, J.B. Laurindo, Biodegradable films 

based on rice starch and rice flour, J. Cereal Sci. 51 (2) (2010) 213

–

219, 

https:// 

doi.org/10.1016/j.jcs.2009.11.014

. 

[17] H. Liu, D. Chaudhary, The moisture migration behavior of plasticized starch 

biopolymer, Dry. Technol. 29 (3) (2011) 278

–

285, 

https://doi.org/10.1080/ 

07373937.2010.489208

. 

[18] M.G. Lomeli-Ramirez, S.G. Kestur, R. Manriquez-Gonzalez, S. Iwakiri, G.B. de 

Muniz, T.S. Flores-Sahagun, Bio-composites of cassava starch-green coconut fiber: 

part II-structure and properties, Carbohydr. Polym. 102 (2014) 576

–

583, 

https:// 

doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.11.020

. 

[19] J.J.G. van Soest, P. Essers, Influence of amylose-amylopectin ratio on properties of 

extruded starch plastic sheets, J. Macromol. Sci. A 34 (9) (1997) 1665

–

1689, 

https://doi.org/10.1080/10601329708010034

. 

[20] J.J.G. van Soest, S.H.D. Hulleman, D. de Wit, J.F.G. Vliegenthart, Crystallinity in 

starch bioplastics, Ind. Crop. Prod. 5 (1) (1996) 11

–

22, 

https://doi.org/10.1016/ 

0926-6690(95)00048-8

. 

[21] P. Myll

¨

arinen, A. Buleon, R. Lahtinen, P. Forssell, The crystallinity of amylose and 

amylopectin films, Carbohydr. Polym. 48 (1) (2002) 41

–

48, 

https://doi.org/ 

10.1016/S0144-8617(01)00208-9

. 

[22] A. Bul

´

eon, H. Bizot, M.M. Delage, J.L. Multno, Evolution of crystallinity and 

specific gravity of potato starch versus water ad- and desorption, Starch - St

¨

arke 34 

(11) (1982) 361

–

366, 

https://doi.org/10.1002/star.19820341102

. 

[23] R. Shi, Z. Zhang, Q. Liu, Y. Han, L. Zhang, D. Chen, W. Tian, Characterization of 

citric acid/glycerol co-plasticized thermoplastic starch prepared by melt blending, 

Carbohydr. Polym. 69 (4) (2007) 748

–

755, 

https://doi.org/10.1016/j. 

carbpol.2007.02.010

. 

[24] P.V.A. Bergo, R.A. Carvalho, P.J.A. Sobral, R.M.C. dos Santos, F.B.R. da Silva, J. 

M. Prison, J. Solorza-Feria, A.M.Q.B. Habitante, Physical properties of edible films 

based on cassava starch as affected by the plasticizer concentration, Packag. 

Technol. Sci. 21 (2) (2008) 85

–

89, 

https://doi.org/10.1002/pts.781

. 

[25] E. Corradini, E. Souto de Medeiros, A.J.F. Carvalho, A.A.S. Curvelo, L.H. 

C. Mattoso, Mechanical and morphological characterization of starch/zein blends 

plasticized with glycerol, J. Appl. Polym. Sci. 101 (6) (2006) 4133

–

4139, 

https:// 

doi.org/10.1002/app.23570

. 

[26] R.M. Daudt, R.J. Avena-Bustillos, T. Williams, D.F. Wood, I.C. Külkamp-Guerreiro, 

L.D.F. Marczak, T.H. McHugh, Comparative study on properties of edible films 

based on pinh

˜

ao (Araucaria angustifolia) starch and flour, Food Hydrocoll. 60 

(2016) 279

–

287, 

https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.03.040

. 

[27] C.L. Hoong, K.A. Alias, S.C. Choon, Effects of water-glycerol and water-sorbitol 

interactions on the physical properties of konjac glucomannan films, J. Food Sci. 

71 (2) (2006) 62

–

67, 

https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2006.tb08898.x

. 

[28] R. Mohamed, N. Mohd, N. Nurazzi, M.I. Siti Aisyah, F. Mohd Fauzi, Swelling and 

tensile properties of starch glycerol system with various crosslinking agents, in: IOP 

Conference Series: Materials Science and Engineering 223, 2017, pp. 1

–

7, 

https:// 

doi.org/10.1088/1757-899x/223/1/012059

. 

[29] S. Mali, L.S. Sakanaka, F. Yamashita, M.V.E. Grossmann, Water sorption and 

mechanical properties of cassava starch films and their relation to plasticizing 

effect, Carbohydr. Polym. 60 (3) (2005) 283

–

289, 

https://doi.org/10.1016/j. 

carbpol.2005.01.003

. 

[30] A.A. Al-Hassan, M.H. Norziah, Starch

–

gelatin edible films: water vapor 

permeability and mechanical properties as affected by plasticizers, Food Hydrocoll. 

26 (1) (2012) 108

–

117, 

https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2011.04.015

. 

[31] H.A. Pushpadass, M.A. Hanna, Age-induced changes in the microstructure and 

selected properties of extruded starch films plasticized with glycerol and stearic 

acid, Ind. Eng. Chem. Res. 48 (18) (2009) 8457

–

8463, 

https://doi.org/10.1021/ 

ie801922z

. 

[32] B. Cuq, N. Gontard, L. Cuq, S. Guilbert, Selected functional properties of fish 

myofibrillar protein-based films as affected by hydrophilic plasticizers, J. Agric. 

Food Chem. 45 (3) (1997) 622

–

626, 

https://doi.org/10.1021/jf960352i

. 

[33] N. Laohakunjit, A. Noomhorm, Effect of plasticizers on mechanical and barrier 

properties of Rice starch film, Starch - St

¨

arke 56 (8) (2004) 348

–

356, 

https://doi. 

org/10.1002/star.200300249

. 

[34] S. Gaudin, D. Lourdin, P.M. Forssell, P. Colonna, Antiplasticisation and oxygen 

permeability of starch

–

sorbitol films, Carbohydr. Polym. 43 (1) (2000) 33

–

37, 

https://doi.org/10.1016/S0144-8617(99)00206-4

. 

[35] P. Forssell, R. Lahtinen, M. Lahelin, P. Myll

¨

arinen, Oxygen permeability of amylose 

and amylopectin films, Carbohydr. Polym. 47 (2) (2002) 125

–

129, 

https://doi.org/ 

10.1016/S0144-8617(01)00175-8

. 

[36] A. Nawab, F. Alam, M.A. Haq, A. Hasnain, Biodegradable film from mango kernel 

starch: effect of plasticizers on physical, barrier, and mechanical properties, Starch 

- St

¨

arke 68 (9

–

10) (2016) 919

–

928, 

https://doi.org/10.1002/star.201500349

. 

K.M. Dang and R. Yoksan                                                                                                                                                                                                                    

---