Empaques para alimentos a base de polímeros naturales, una alternativa sostenible para el medio ambiente

Empaques para alimentos a base de polímeros naturales, una alternativa sostenible para el medio ambiente.

Fabián Humberto Pinto Martínez, Yenni Andrea Rodríguez González, Licet Yadira Cano Acevedo, Laura Mogollón Riaño, Carlos Mario Serpa Hoyos.

Facultad de ingeniería y ciencias básicas, Politécnico Gran Colombiano

Bogotá, Colombia

Fabián Humberto Pinto Martínez. 1611982271

Yenni Andrea Rodríguez González. 1621982245

Licet Yadira Cano Acevedo. 1621980031

Laura Mogollón Riaño. 1611982138

Carlos Mario Serpa Hoyos. 1611981682

Abstract- el plástico tradicional está compuesto por un polímero denominado polietileno, sintetizado a partir del petróleo; la difícil biodegradabilidad de este tipo de materiales ha llegado a convertirse en un severo problema ambiental debido a su gran utilización principalmente como envases y empaques de alimentos; la gran cantidad de desechos generados ha motivado un creciente interés por su reemplazo por polímeros que sean más amigables con el medio ambiente. Es por esto que muchas investigaciones actualmente se han centrado en desarrollar un biopolímero que pueda ser utilizado como empaque para alimentos satisfaciendo todos los requerimientos físicos y químicos que este tipo de materiales poseen.

Una de estas investigaciones es la obtención de un polímero biodegradable a partir de almidón de  cereales que al procesar sus almidones y al mezclarlos con glicerina y agua pueden llegar a cumplir la función plastificante de cualquier empaque utilizado actualmente.

I.INTRODUCCIÓN

Hoy en día nacen múltiples necesidades de las cuales el ser humano ha creado gran dependencia, una de ellas es el uso indiscrimado del plástico, el cual causa enormes cantidades de desechos difíciles de degradar.

La gran mayoría de plástico fabricado actualmente es utilizado como empaque en la industria alimentaria  ya que cubre todas las funciones correspondientes a envolver, contener y proteger los productos para su transporte, venta y consumo; otorgando buena protección contra el deterioro, baja susceptibilidad a la fragmentación y permitiendo obtener diferentes formas y diseños a precios accesibles. Sin embargo su difícil degradación y su uso masivo causa grandes problemas ambientales aumentando la cantidad de gases efecto invernadero arrojados a la atmósfera provocando así un aumento en la temperatura del planeta.

  Teniendo en cuenta esto, se trata se generar este mismo recurso pero con materias primas biodegradables como lo es el almidón de cereales como el trigo que mediante la síntesis del ácido poliláctico y la adición de agentes plastificantes se puede fabricar un plástico con características muy similares a los plásticos fabricados a partir de materias primas de origen fósil.

II. MATERIALES BIODEGRADABLES PARA EMPAQUES EN ALIMENTOS

 Los polímeros naturales también conocidos como polímeros renovables pueden provenir directamente  de organismos vivos y posteriormente  ser sintetizados como las proteínas (colágeno, queratina, gelatina, gluten de maíz o de trigo, proteínas de leche o de soya), los polisacáridos y lípidos, y también pueden ser  bioplásticos sintéticos como el ácido poliláctico y otros poliésteres. Estos polímeros presentan una alternativa muy prometedora, especialmente para aquellos productos que tengan un periodo corto de uso y que no presentan facilidad para ser reciclados.[pic 1]

El ácido poliláctico es un biopolímero sintetizado a partir de productos agrícolas con alto contenido de almidón. Actualmente el ácido poliláctico es considerado como líder en cuanto a biopolímeros debido a sus propiedades termoplásticas, biodegradables y composteables ya que muestra un comportamiento muy favorable de acuerdo a las propiedades mecánicas, térmicas y de barrera comparables al de los polímeros sintéticos más utilizados como el poliestireno (PS) y el polietileno tereftalato (PET) .

BIOPLASTICOS ELABORADOS A PARTIR DEL ALMIDÓN DE CEREALES

El almidón es un polímero D-glucosa formado en las plantas y aunque su estructura consiste en repeticiones del monómero se considera un carbohidrato complejo, diferenciándose de la glucosa y sacarosa que son carbohidratos simples. El almidón se puede encontrar en muchas plantas, sus componentes son: la amilosa, considerado un polímero de cadena lineal que consiste en unidades d-glucósido unidas por enlaces α-1,4-glucosidicos, y por otro lado se encuentra la amilopectina con estructura ramificada, con cadenas lineales unidas por enlaces α-1,4-glocosidicos y ramificaciones unidas por enlaces α-1,6-glucosidocos.

Fig. 1.  Cadena de almidón

El almidón es un polímero natural. Se trata de un tipo de hidrato de carbono constituido por moléculas grandes que la planta sintetiza durante la fotosíntesis y le sirve como reserva de energía. Cereales, como el maíz y tubérculos, como la papa contienen gran cantidad de almidón.

El almidón puede ser procesado y convertido en plástico, pero al ser un material soluble en agua se ablanda y se deforma cuando entra en contacto con la humedad, limitando su uso para algunas aplicaciones. Esto puede ser solucionado modificando químicamente el almidón que se extrae del maíz, trigo o papa. En presencia de microorganismos el almidón es transformado en una molécula más pequeña (un monómero), el ácido láctico. Luego el ácido láctico es tratado químicamente para formar cadenas o polímeros, estos se unen entre sí para formar un polímero llamado ácido poliláctico. El entrecruzamiento de las cadenas de ácido poliláctico da lugar a la lámina de plástico biodegradable que sirve para la elaboración de números productos plásticos no contaminantes.

El proceso para la extrusión de películas de almidón comienza con la desestructuración  de  los gránulos que lo forman naturalmente. El almidón termoplástico fluye a altas temperaturas y presiones y puede ser extruido en forma de películas ajustando la cantidad de plastificante (glicerol) se pueden obtener buenos resultados de elongación y tensión de los materiales extruidos. Sin embargo estas películas de almidón y glicerol presentan valores bajos de las propiedades de barrera a humedades altas y se vuelven frágiles al deshidratarse.  

A continuación de detalla el proceso a nivel de laboratorio para obtener un biopolímero a partir del almidón de maíz.  Es necesario aportar reactivos a la mezcla y garantizar ciertas condiciones que permitan su obtención. Los polímeros biodegradables requieren componentes que aporten características de humectación, plasticidad, entre otros. En general, el agua se recomienda como el mejor plastificante aunque no debe encontrarse en proporciones muy altas. Al igual que el agua, la glicerina es un plastificante y además brinda humectación al polímero. El proceso de obtención del almidón se realiza con harina de trigo. Para obtener el almidón de trigo primeramente se pesaron 100 gr de harina de trigo comercial y se mezclaron con agua en un cristalizador hasta obtener una masa humectada. El producto obtenido se deja reposar durante dos horas. Posteriormente se enjuaga con agua y se decanta.

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