Dirección General de Educación Secundaria Técnica Dirección Técnica Subdirección Tecnológica

ESCUELA SECUNDARIA TECNICA No. 45 “IGNACIO MANUEL ALTAMIRANO”

“EMPAQUES BIODEGRADABLES (BIOPELÍCULAS)”

RESUMEN ¿Cuál es el empaque de una fruta? por supuesto, es su propia cascara, que en la mayoría de los casos es totalmente comestible y siempre es biodegradable. Este empaque está pensado para contener los alimentos de la misma forma que lo hace la cascara de una fruta. Más que un empaque convencional, es una película protectora que contiene el producto, lo protege y es biodegrable. El exceso de basura es un problema que aumenta al mismo población del planeta, y buscarle soluciones es una prioridad.

tiempo que la

Argueta Bonilla José Gustavo Argueta Estrada Juan Manuel Guzman Galicia Andrea Erika Ojeda Alcantara Ana Luisa

ASESOR: Ing. Eloy Cabrera Peña

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Por qué hacer empaques biodegradables a base de biopelículas? Es un gran beneficio para el medio ambiente ya que lo que se planea hacer es un empaque que sea degradable en un tiempo favorable, con ello ayudar a reducir los índices de contaminación por la producción y uso de empaques que no se degradan fácilmente con el paso del tiempo.

ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN Las cubiertas o recubrimientos involucran la formación de una estructura del polímero, directamente en la superficie del objeto que se pretende proteger o mejorar de alguna manera. De esta manera, las cubiertas llegan a ser parte del producto y permanecen en el mismo durante su uso y consumo. ¿Cuál es el empaque de una fruta? por supuesto, es su propia cascara, que en la mayoría de los casos es totalmente comestible y siempre es biodegradable. Con esta inspiración de la madre naturaleza el profesor de Harvard Edwards creo el empaque comestible “wikicell”. Este empaque está pensado para contener los alimentos de la misma forma que lo hace la cascara de una fruta. Más que un empaque convencional, es una película protectora que contiene el producto, lo protege y es biodegrable. La idea de su creador es que esta sea la nueva presentación de los productos que compramos en el supermercado. El exceso de basura es un problema que aumenta al mismo tiempo que la población del planeta, y buscarle soluciones es una prioridad tanto de la comunidad científica como la empresarial.

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN DELIMITACION DEL TEMA Crear un empaque biodegradable, cuya base sea de proteína láctea, glicerol como plastificante, y aceite de romero como agente antimicrobiano.

JUSTIFICACIÓN

En la industria alimentaria esta el objetivo de hacer un alimento inofensivo a las bacterias, donde las biopelículas deben ser estructuras resistentes. La prevalencia de estas biopelículas sobre las superficies para manejar y almacenan alimentos no debe representar un riesgo de contaminación latente. Con esto se evitarán serios problemas ecológicos contribuyendo a la disminución de contaminación ambiental, provocada por desechos sólidos de baja degradabilidad, lo que ha impulsado a la búsqueda de recubrimientos naturales, como aprovechar los recursos naturales como fuente de conservación y reciclaje, esto se convierte en una excelente opción e innovación en el desarrollo de nuevos productos biodegradables.

OBJETIVO GENERAL Diseñar una biopelícula que pueda cubrir alimentos y que no contamine el ambiente.

OBJETIVO ESPECÍFICO Diseñar una biopelícula biodegradable a base de caseína, glicerol y aceite de romero. Realizar pruebas antimicrobianas en la biopelícula.

MARCO TEÓRICO Los envases plásticos utilizados en la actualidad para el envasado de alimentos están constituidos por materiales poliméricos derivados del petróleo. Su uso se ha extendido en estas y otras muchas aplicaciones debidas a las numerosas ventajas que ofrecen, en particular su disponibilidad a gran escala, relativas bajo costo de producción, ligereza, gran versatilidad y relativamente buenas propiedades de barrera. Sin embargo, estos materiales, a pesar de sus múltiples ventajas, presentan ciertos inconvenientes ya que, además de ser sintetizados a partir de una fuente no renovable,

no son biodegradables, lo cual los convierte en una gran fuente de generación y acumulación de residuos, un problema para el medio ambiente. En los últimos años se ha desarrollado un creciente interés político y social por la sostenibilidad de los materiales, considerando que la producción y eliminación de los polímeros presenta riesgos medioambientales que deben ser limitados. Así, se ha extendido la investigación en materias primas renovables, biotransformaciones, diseño estructural y biodegradabilidad. Los biopolímeros son polímeros obtenidos a partir de una fuente natural como pueden ser los organismos vivos, y que cumplen con los principales condicionantes medioambientales para su uso: ser obtenidos de fuentes renovables, como la caña de azúcar, proteínas y almidones, y mostrar una alta capacidad de biodegradación. Estos materiales se pueden utilizar para diversas aplicaciones y en ciertos casos se pueden producir con un menor consumo energético que sus homólogos petroquímicos, por lo que tienden a ser menos tóxicos para el medio ambiente.

Es conocido que los productos lácteos contienen diversos compuestos con propiedades funcionales adecuadas e incluso algunos de ellos, como la caseína, se han utilizado en la fabricación de diferentes productos: adhesivos, encolados, fibras textiles, acabados del cuero, industria papelera, revestimientos y biopelículas para envasado, entre otras aplicaciones. Los envases antimicrobianos son uno de los sistemas de envasado activo más prometedores y estudiados en la última década y consisten en sistemas capaces de inhibir la acción de los microorganismos causantes de la contaminación de los alimentos. En resumen, se estima que los nuevos materiales derivados de los caseinatos pueden reemplazar potencialmente a algunos polímeros sintéticos utilizados en el envasado de alimentos, debido a su naturaleza de procedencia renovable y biodegradable. Además, poseen un elevado potencial comercial ya que pueden servir como soporte de aditivos activos con características antimicrobianas. Asimismo, los costos de producción de este tipo de biopolímeros se encuentran en condiciones de entrar en competencia comercial con los polímeros de uso común, como las poliolefinas o el PVC.

MARCO CONCEPTUAL La caseína es una fosfoproteína presente en la leche y en algunos de sus derivados (productos fermentados como el yogur o el queso). Las caseínas es un conjunto heterogéneo de aminoácidos, también se le suele denominar proteína insoluble de la leche, las caseínas son las principales proteínas de la leche. Es una proteína que es buena formadora de películas emulsionadas por su naturaleza anfifílica, su estructura

desordenada y su capacidad para formar puentes de hidrógeno, las películas de caseína presentan características favorables para uso en alimentos como transparencia y flexibilidad. La glicerina es un líquido espeso, neutro, de sabor dulce, que al enfriarse se vuelve gelatinoso al tacto y a la vista, y que tiene un punto de ebullición de 290°C. Se disuelve en agua o alcohol. No se disuelve en aceites.Todas las grasas y aceites naturales, tanto vegetales como animales contienen glicerina o glicerol. Sus moléculas se combinan para formar triglicéridos. Es un lípido que presenta excelentes propiedades de barrera frente a la humedad y así conservar al alimento. Además de usarse directamente como adhesivo en la elaboración de productos alimentarios (derivados lácteos y cárnicos, panes y productos de repostería, etc.). La Goma Guar, es un derivado de la planta de guar, también conocida como Cyanopsis Tetragonoloba, una leguminosa que se cultiva en la india. Es un polvo blanco sin sabor ni olor con gran fuente de fibra. Una de las principales propiedades de la goma guar es que se hidrata muy rápidamente, debido a la fibra que hay en ella, de manera que al contacto con el agua se hincha muy rápidamente. El aceite de romero (ácido carnósico y carnosol). se ha usado como aroma y conservador en los alimentos por sus propiedades antioxidantes.

DESARROLLO DEL PROYECTO PRUEBA 1 “EMPAQUES BIODEGRADABLES (BIOPELICULAS)” MATERIALES Y EQUIPO: Proteína láctea (caseína) 5 gramos. Glicerina 60 ml. Aceite de romero 10 ml. Estufa. Parrilla. Balanza granataria. 1 Pipeta de 10 ml. 1 Propipeta. 1 Probeta de 200 ml. 1 Agitador. 2 Vasos de precipitados de 200 ml.

DESARROLLO: Se realizaron dos mezclas para crear la biopelicula, a una de ellas se le agrego aceite de romero como agente antimicrobiano. Se prepararon de la siguiente manera: MEZCLA 1: Solución con glicerina al 25% con aceite de romero.

5 g de proteína láctea (caseína). 25 ml de glicerina. 10 ml de aceite de romero. 100ml de agua destilada.

Se pesaron 5g de caseína, los cuales se agregaron a un vaso de precipitados con 100 ml de agua destilada, se calentó, para que se disolviera, a una temperatura que no rebasara los 65°C, para evitar que esta se desnaturalizara, dejamos enfriar a temperatura ambiente. Posteriormente agregamos 25ml de glicerina y 10ml de aceite de romero. Incorporamos la mezcla y vaciamos en dos cajas de petri (25ml en cada una).

MEZCLA 2: Solución con glicerina al 35%. 5g de proteína láctea (caseína). 35 ml de glicerina. 100 ml de agua destilada. Pesamos 5g de caseína los cuales se disolvieron en 100 ml de agua destilada a una temperatura que no rebasara los 65° para evitar que esta se desnaturalice, enfriamos a temperatura ambiente y agregamos 35ml de glicerina. Incorporamos la mezcla y vaciamos en dos cajas de petri (25ml en cada una). Estas cajas se pusieron sobre una estufa por dos días.

RESULTADOS No solidificaron las películas, debido a que se apagó la estufa en la que se encontraban por Semana Santa.

PRUEBA 2 “EMPAQUES BIODEGRADABLES (BIOPELICULAS)” MATERIALES Y EQUIPO: Proteína láctea (caseína) 5 gramos. Glicerina 60 ml. Aceite de romero 20 ml. Goma guar 0.5 gramos. Estufa. Parrilla. Balanza granataria. 1 Pipeta de 10ml. 1 Propipeta. 1 Probeta de 200ml. 1 Agitador. 2 Vasos de precipitados de 200ml.

DESARROLLO Se realizaron tres mezclas para crear la biopelicula, esta vez utilizamos goma guar en una de las mezclas. MEZCLA 1: Solución de glicerina al 25% con aceite de romero. 5g de proteína láctea (caseína). 25 ml de glicerina. 10ml de aceite de romero. 100 ml de agua destilada. Pesamos 5g de caseína los cuales se disolvieron en 100 ml de agua destilada, a una temperatura que no rebasara los 65°C, para evitar que esta se desnaturalice, dejamos enfriar a temperatura ambiente, agregamos 25ml de glicerina y 10ml de aceite de romero. Incorporamos la mezcla y vaciamos en dos cajas de petri (20ml en cada una).

Mezcla 2: Solución de glicerina al 35%. 5g de proteína láctea (caseína). 35 ml de glicerina. agua destilada.

100 ml de

Pesamos 5g de caseína, los cuales se disolvieron en 100 ml agua destilada a una temperatura que no rebasara los 65°C, para evitar que esta se desnaturalice, enfriamos a temperatura ambiente y agregamos 35ml de glicerina. Incorporamos la mezcla y vaciamos en dos cajas de petri (20ml en cada una). Mezcla 3: Solución de Goma Guar con aceite de romero. 5g de proteína láctea (caseína). 0.5g de goma guar. 10ml de aceite de romero. de agua destilada.

100 ml

Pesamos 5g de caseína, los cuales se disolvieron en 100 ml agua destilada a una temperatura que no rebasara los 65°C, para evitar que esta se desnaturalice y enfriamos a temperatura ambiente, pesamos 0.5g de Goma guar, los cuales se agregaron a la mezcla de agua destilada con caseína, por último, agregamos 10ml de aceite de romero y vaciamos en dos cajas de petri (20ml en cada una). Estas cajas se pusieron sobre una estufa por cuatro días.

RESULTADOS No solidificaron las películas, debido a que no hubo revisión constante y el tiempo fue mucho.

PRUEBA 3

“EMPAQUES BIODEGRADABLES (BIOPELICULAS)” MATERIALES Y EQUIPO: Proteína láctea (caseína) 5 gramos. Glicerina 60 ml. Aceite de romero 20ml. Goma guar 0.5 gramos. Incubadora. Parrilla. Balanza granataria. 1 Pipeta de 10ml. 1 Propipeta. 1 Probeta de 200ml. 1 Agitador. 2 Vasos de precipitados de 200ml. DESARROLLO Esta prueba se realizó idéntica a la anterior debido a que no conseguimos el glicerol anhídrido continuamos utilizando glicerina. Mezcla 1: Solución de glicerina al 25% con aceite de romero. 5g de proteína láctea (caseína). 25 ml de glicerina. 10ml de aceite de romero. Pesamos 5g de caseína los cuales se disolvieron en 100 ml de agua destilada a una temperatura que no rebasara los 65°C, para evitar que esta se desnaturalice, dejamos enfriar a temperatura ambiente, agregamos 25ml de glicerina y 10ml de aceite de romero. Incorporamos la mezcla y vaciamos en dos cajas de petri (20ml en cada una).

Mezcla 2: Solución de glicerina al 35%. 5g de proteína láctea (caseína). 35 ml de glicerina. Pesamos 5g de caseína los cuales se disolvieron en 100 ml de agua destilada a una temperatura que no rebasara los 65°C, para evitar que esta se desnaturalice, dejamos enfriar a temperatura ambiente y agregamos 35ml de glicerina. Incorporamos la mezcla y vaciamos 20ml en una caja de petri. Mezcla 3: Solución de Goma Guar con aceite de Romero. 5g de proteína láctea (caseína). 0.5g de Goma guar.

10ml de aceite de romero. 100 ml de agua destilada. Pesamos 5g de caseína los cuales se disolvieron en 100 ml de agua destilada a una temperatura que no rebasara los 65°C, para evitar que esta se desnaturalice y enfriamos a temperatura ambiente, pesamos 0.5g de Goma guar, los cuales se agregaron a la mezcla de agua destilada con caseína, por último, agregamos 10ml de aceite de romero y vaciamos en dos cajas de petri (20ml en cada una). Se guardaron en la incubadora durante 2 días.

RESULTADOS Obtuvimos cinco biopelículas, ya que se mantuvieron a condiciones de temperatura y humedad relativa controladas.

RESULTADOS Prueba 3: Obtuvimos tres biopeliculas de las cinco que se incubaron, las que se realizaron con goma guar no tuvieron la consistencia que se requiere para que sea una biopelicula. De las tres, dos pasaron las pruebas microbiológicas. EVALUACIÓN DE RESULTADOS La goma guar es un carbohidrato polimerizado que al entrar en contacto con el agua la absorbe, cuando nosotros metimos la mezcla de goma guar en la incubadora se solidifico por esta razón quedo una tostada. Una de las películas que obtuvimos no paso las

pruebas microbiológicas ya que no contenía aceite de romero como agente antimicrobiano.

COMUNICACIÓN A partir de los resultados obtenidos se puede concluir en que aún no debemos aplicar el empaque en algún alimento ya que hacen falta pruebas para verificar la calidad, hasta ahora solo sabemos que inhibe el crecimiento bacteriano en mayor parte del cultivo.

FUENTES DE CONSULTA  Biología de la conservación: conceptos y practicas autor Randall García V. Editorial INBio, 2002

 Luque, J. Y Herraez, A. Texto ilustrado de Biologia Manual. ED Harcount, 2001.  http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=94403003  http://www.link.springer.com  http://www.unicauca.edu.com  http://www.mapfre.com/fundacion/html/revistas/seguridad/n121/articulo4.htm l