Bioplásticos, el futuro en el empaque de alimentos

Bioplásticos, el futuro en el empaque de alimentos

David Pineda Técnico Sectorial Célula de Alimentos y Bebidas

Se estima que de los residuos generados a nivel mundial, los plásticos representan actualmente alrededor del 11%, siendo la fuente principal los envases y los embalajes. En cuanto a los métodos de recuperación de plásticos, tenemos el reciclaje, la reutilización y el compostaje. No obstante, en el caso de los empaques de alimentos, la reutilización y el reciclado son muy limitados. Los empaques contienen una proporción creciente de materiales únicos que consisten en estructuras de capas múltiples desarrollados para lograr propiedades de barrera óptimos. Estos materiales de varias capas son extremadamente difíciles, si no imposible de separar en sus respectivas capas individuales para el reciclaje. Agravando este problema, encontramos la lenta recuperación de plásticos en comparación con el crecimiento exponencial de la generación de plásticos en las últimas décadas.

Contradictoriamente, la demanda de comidas pre-envasadas en empaques desechables ha ido creciendo paralelamente a la demanda de conciencia ambiental. Los mismos consumidores se han dirigido cada vez más a los fabricantes y envasadores para mejorar su responsabilidad medioambiental. Debido al creciente problema de eliminación de residuos -siendo el petróleo un recurso no renovable con cantidades decrecientes- y las exigencias de los mismos consumidores se ha incrementado el interés en la investigación para desarrollar y promover el uso de "bioplásticos" en la elaboración de empaques para alimentos. Bioplásticos es un término utilizado para materiales de embalaje derivados de recursos renovables, y que se consideran seguros para ser empleados en aplicaciones de alimentos. El principal desafío que enfrenta la industria de alimentos en la producción de envases bioplásticos es hacer coincidir la durabilidad del empaque y la vida útil del producto. Factores como, la temperatura ambiental, la humedad relativa, la presencia de bacterias activas, los microorganismos deteriorantes,

la exposición ultravioleta, etc., son factores habituales de degradación en la calidad de los alimentos, que también influyen en la velocidad de degradación de materiales bioplásticos. Por lo que se debe tener cuidado para desarrollar materiales bioplásticos que respondan a esta problemática, así como a la necesidad de desarrollar procesos que se puedan implementar en aplicaciones a escala industrial. Principales bioplásticos en desarrollo Una serie de materiales de base biológica y sus aplicaciones innovadoras en relación a la elaboración de envases para alimentos han ganado mucha atención en los últimos años. Estos nuevos materiales incluyen almidón, celulosa, y derivados de procesos que involucran la fermentación microbiana. Empaques a base de almidón Los esfuerzos de desarrollo de bioplásticos se han centrado principalmente en el almidón, que es una materia prima renovable y ampliamente disponible. El almidón es económicamente competitivo con el petróleo y se ha utilizado en varios métodos para la preparación de plásticos compostables, siendo el maíz la principal fuente de almidón para bioplásticos. Aunque, diversas investigaciones están evaluando la elaboración potencial de bioplásticos con almidones de patata, trigo, arroz, cebada, avena y fuentes de soja. Los bioplásticos a base de almidón son extremadamente frágiles. Debido a que el almidón no puede formar películas con propiedades mecánicas satisfactorias (alto porcentaje elongación, resistencia a la tracción y la flexión), a menos que sea plastificado, mezclado con otros materiales, modificado químicamente, o modificado con una combinación de estos tratamientos.

Entre los plastificantes comunes usados se encuentran el glicerol y otros polyhydroxycompuestos de bajo peso molecular, poliéteres y urea. Materiales termoplásticos a base de almidón se han comercializado durante los últimos años y actualmente dominan el mercado de materiales compostables de base biológica. Entre las aplicaciones relacionadas con los alimentos se incluyen películas de envasado de alimentos y termoplásticos, y otros productos alimenticios tales como cuencos, platos, vasos y bandejas de huevos. El almidón termoplástico ha demostrado buenas propiedades de barrera al oxígeno, pero la naturaleza higroscópica de almidón hace que este material no sea adecuado para la alta humedad y productos alimenticios líquidos. Entre las empresas que se encuentran comercializando bioplásticos a base de almidón podemos mencionar, Bioenvelop, Earthshell Corp., EverCorn Inc., entre otros. Empaques a base de celulosa La celulosa es el polímero natural más abundante en la tierra y al igual que el almidón también se compone de unidades de monómero de glucosa. La celulosa se encuentra en todas las estructuras de las plantas y es por tanto un muy barato recurso natural. Es, sin embargo, difícil de utilizar en envases debido a su naturaleza hidrófila, pobres características de solubilidad y estructura altamente cristalina. Lo anterior da como resultados materiales bioplásticos frágiles, con pobre flexibilidad y resistencia a la tracción. Debido a eso las últimas investigaciones se han centrado en el desarrollo de derivados de celulosa con

características adecuadas aplicaciones de embalaje.

para utilizar en

Uno de estos derivados es el acetato de celulosa, el cual fue creado a finales de 1800 y se ha utilizado tradicionalmente en la producción de fibras sintéticas y como base de la película en la fotografía, este bioplástico es reconocido como seguro por la FDA, lo que ha llevado a la industria del envasado de alimentos al desarrollo de aplicaciones innovadoras para el acetato de celulosa. Como por ejemplo envolver productos de panadería y productos frescos. Al igual que el almidón, el acetato de celulosa requiere la adición de plastificantes para la producción de películas, sin embargo el producto resultante demuestra un buen brillo y claridad, buena capacidad de impresión, rigidez y estabilidad dimensional. Si bien estas películas se pueden rasgar fácilmente, son duras y resistentes a los pinchazos. Las películas de acetato de celulosa poseen relativamente pobres propiedades de barrera de gas y humedad, y tienden a presentar hidrólisis, produciendo ácido acético en lo que se conoce comúnmente como el "síndrome del vinagre". Estas propiedades han impedido el uso más generalizado películas de acetato

de celulosa en aplicaciones de envasado de alimentos. Al igual que el acetato de celulosa, muchos otros derivados de celulosa poseen excelentes propiedades formadoras de película, pero a escala industrial la aplicación de esta tecnología todavía tiene que ser implementada. Por otra parte, los pasos iniciales de derivatización son difíciles y costosos. La investigación y la innovación continua son requeridas para desarrollar tecnologías de procesamiento rentables para la producción de estos derivados de celulosa. Actualmente, la empresa Alemana FKur Kunststoffe GmbH se encuentra comercializando mezclas de celulosa para aplicaciones en empaques de alimentos, los cuales soportan procesos de soplado y moldeo por inyección. Empaques a base de subproductos de fermentación Esta es una de de las investigaciones más innovadoras de hoy. Sin embargo, ha estado en marcha en el área de los bioplásticos sintetizados a través de la fermentación microbiana de los polisacáridos. Estos esfuerzos han resultado en el desarrollo de los poliláctidos (PLA) y polihidroxialcanoatos (PHA). También conocido como ácido poliláctico. PLA es un poliéster biodegradable, termoplástico, alifático (no aromático y no cíclico) derivado del ácido láctico. La fuente de PLA es a partir de la

fermentación de subproductos agrícolas, tales como almidón de maíz u otras sustancias ricas en carbohidrato como el azúcar o el trigo. PLA es una película termoplástica que ofrece buenas propiedades de barrera a la humedad y es capaz de soportar los rigores de moldeo por inyección y por soplado o procesos de formación de vacío. PLA se utiliza actualmente en la producción de envases de alimentos y artículos de mesa desechables. Otra innovación en bioplásticos resultante de la aplicación de microbiología son los polihidroxialcanoatos (PHA). Los PHAs son poliésteres lineales producidos a través de la fermentación bacteriana de azúcares o lípidos. Hay más de 100 diferentes monómeros conocidos que se pueden combinar dentro de esta familia para producir materiales con muy diferentes propiedades. Como tal, las propiedades de PHAs dependen de la composición de la unidad monomérica, el microorganismo usado en la fermentación, así como la naturaleza de la fuente de carbono utilizada durante el proceso de fermentación. El tipo más común de PHA es poli-hidroxibutirato (PHB), que es el PHA más popular utilizado en empaques de alimentos. En general, los PHA se comportan como elastómeros cristalinos, ofreciendo una baja permeabilidad al vapor de humedad que es comparable a la de polietileno de baja densidad (LDPE). La evolución reciente de la aplicación basada en los PHA con cadenas de longitud media incluye recubrimientos biodegradables para queso.

PHB tiene propiedades parecidas a las de polipropileno (PP) en relación a la fusión la temperatura (175-180 ° C) y el comportamiento mecánico. No obsante, es más rígido y más frágil que el PP. Así el embalaje de PHB ofrece resistencia pobre al impacto, que es un factor limitante de PHB en aplicaciones de empaques de alimentos. Otro factor limitante de PHB son sus costos relativamente altos de producción en comparación con plásticos producidos a partir de productos petroquímicos. Entre las empresas que se encuentran comercializando este tipo de bioplásticos podemos mencionar, metabolix, NatureWorks LLC y NODAX. Es importante reconocer que, aunque los esfuerzos pasados y recientes han dado hasta ahora avances significativos en el campo de los bioplásticos, es evidente que se necesita una investigación continua de los procesos de desarrollo y producción sostenible y económicamente viables que puedan ser ampliamente implementados en todo el mundo. Como con cualquier nueva tecnología, la innovación y el apoyo global son esenciales para que los bioplásticos demuestren plenamente sus beneficios.

Por: David Pineda Técnico Sectorial, Célula de Alimentos y Bebidas Dirección de Innovación y Calidad Edición: Nelson Alfaro/Gabriela Vásquez, Ministerio de Economía