Plásticos biobasados y biodegradables para aplicaciones alimentarias

Los materiales plásticos tradicionalmente utilizados en envases alimentarios y films para la agricultura derivan del petróleo, un recurso no-renovable que un día se agotará. Asimismo, una vez cumplida su vida útil, si no son gestionados adecuadamente para revalorizarlos en forma de energía o en forma de un nuevo material plástico reciclado, representan una contaminación para el medioambiente formando microplásticos que pueden contaminar los vertederos, ríos, mares y océanos.

Por ello, el desarrollo de nuevos materiales poliméricos basados en polímeros biobasados y biodegradables, como poli (ácido láctico) (PLA), poli(hidroxialcanoatos) (PHAs), almidón, celulosa y proteínas, ha ganado elevado interés en aplicaciones de corta duración como son los envases alimentarios o los films para la agricultura. Sin embargo, estos polímeros tienen peores prestaciones que los plásticos tradicionales y, para mejorar sus propiedades se utilizan diferentes aditivos naturales y se pueden desarrollar materiales compuestos y nanocompuestos. Para otorgar propiedades particulares y mejoradas a estos materiales se los puede mezclar con distintos aditivos naturales como derivados de resina de pino (colofonia o goma rosin y sus derivados), aceites vegetales y aceites esenciales (carvacrol, timol, limoneno), etc.

Asimismo, reforzar estos materiales, resulta de elevado interés el uso de cargas orgánicas obtenidas de la revalorización de subproductos o residuos de la industria alimentaria. En este sentido, los residuos alimentarios como la yerba mate, los posos de café, las cascaras de frutas, la kombucha, etc. son generalmente desechados una vez consumida la infusión o comida la fruta y son una materia prima que puede aprovecharse para extraer partículas, nanopartículas, componentes bioactivos, etc. para su uso en el desarrollo de nuevos materiales plásticos más sostenibles.

En este contexto, investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid junto a profesores de la Universidad Politécnica de Valencia, la Universidad de Quilmes de Argentina, Escuela Politécnica Nacional de Ecuador, Universidad Santiago de Chile y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros han desarrollado envases activos biodegradables a partir de residuos agroalimentarios.

Gracias a esta investigación se podrá introducir los envases alimentarios y los films de la agricultura en la economía circular ya que se pueden producir a partir de polímeros biobasados y biodegradables y utilizando como aditivos partículas y aditivos obtenidas de residuos agro-alimentarios, o resinas obtenidas de los árboles. Además, una vez que los materiales han cumplido su vida útil se desintegran en condiciones de compostaje en aproximadamente un mes.

La extracción de partículas y nanopartículas con propiedades activas a partir de residuos agroalimentarios (yerba mate, café, algas, cáscaras de frutas, bebida de kombucha, etc.) permite revalorizar estos residuos dándoles una segunda vida útil. Si además se utilizan estas partículas bioactivas para reforzar materiales poliméricos biobasados y biodegradables se pueden obtener materiales compuestos más sostenibles con propiedades activas (antioxidantes, antimicrobianas, etc.) de interés para su uso en aplicaciones alimentarias como envases alimentarios y/o films para la agricultura.

Asimismo, el uso de aditivos naturales como los derivados de la resina de pino, aceites vegetales y esenciales, etc. permite mejorar la dispersión de las nanopartículas en las matrices biopoliméricas y a compatibilidad entre ellas. Así, la extracción de aditivos naturales a partir de residuos agroindustriales ha demostrado que los residuos pueden utilizarse para obtener componentes bioactivos de interés para la industria de los materiales plásticos ya que no sólo permiten mejorar las propiedades mecánicas y térmicas de los biopolímeros, sino que además les proporcionan propiedades específicas (antioxidantes, antimicrobianas, hidrofóbicas, etc.) que permiten extender la vida útil de los alimentos sin necesidad de adicionarles conservantes, ya que los agentes antioxidantes y antimicrobianos se liberaran desde el material plástico (el envase o el film) hacia el alimento o el cultivo de manera controlada.

Financiación recibida

De la Agencia Estatal de Investigación (AEI) y del Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) a través de las ayudas PID2021-123753NA-C32 y “Consolidación Investigadora” CNS2022-136064 de los proyectos financiados por MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033, por “FEDER Una manera de hacer Europa” y NextGenerationEU/PRTR”, por la “Unión Europea”.Asimismo, se ha recibido financiación de la Comunidad de Madrid a través de la Ayuda APOYO-JOVENES-21-VUI9G6-56-I7GABQ de Estímulo a la Investigación de Jóvenes Doctores de la Universidad Politécnica de Madrid.

Agüero Á, Corral Perianes E, De las Muelas S, Lascano D, De la Fuente García Soto, MM, Peltzer MA, Balart R. and Arrieta MP. Plasticized Mechanical Recycled PLA Films Reinforced with Microbial Cellulose Particles Obtained from Kombucha Fermented in Yerba Mate Waste. Polymers 15(2),285, 2023 https://doi.org/10.3390/polym15020285

Garcia-Garcia D., Quiles-Carrillo L, Balart R, Torres-Giner S, Arrieta MP. Innovative solutions and challenges to increase the use of Poly(3-hydroxybutyrate) in food packaging and disposables. European Polymer Journal, 178,111505, 2022. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2022.111505
Pavon C, Aldas M, De La Rosa-Ramírez H, Samper MD, Arrieta MP, López-Martínez J. Bilayer films of poly(ε-caprolactone) electrosprayed with gum rosin microspheres: Processing and characterization. Polymers for Advanced Technologies. 32(9), pp. 3770-3781, 2021. https://doi.org/10.1002/pat.5397