Plásticos biodegradables a base de almidón de papa

Las películas biodegradables son moldeadas principalmente a partir de polímeros de origen biológico como láminas sólidas delgadas, que luego se aplican como una envoltura y pueden ser adaptables a empaques sobre el producto alimenticio.

 

Los frutales andinos promisorios y exóticos de la región tienen importante impacto en la economía por la creciente tendencia a la exportación y el incremento de su consumo a nivel nacional, siendo Colombia el noveno proveedor de frutas exóticas del mundo (Fischer y Melgarejo, 2020). En este sentido, la uchuva (Physalis peruviana L.) es una fruta de gran interés debido a sus características nutricionales y, a la relación de sus componentes fisiológicamente activos con efectos benéficos sobre la salud humana, posee un alto potencial dado que el 70 % de la producción nacional posee calidad para ser exportada (Arias et al., 2015; Ramadan y Mör-sel, 2019). De igual manera, para el 2019 el departamento de Nariño fue uno de los principales productores con el 9,6 % de la producción nacional (MADR, 2019).

 

Como muchas frutas, la uchuva presenta un periodo de conservación corto, generando pérdidas en la poscosecha (Yousuf et al., 2018). En este contexto, la reducción de desperdicios de frutos frescos es un desafío emergente para la sostenibilidad de consumo y producción, la conservación de uchuva se limita usualmente al uso de empaques de polietileno y polipropileno (ProColombia, 2016), sin embargo, la naturaleza no biodegradable de estos plásticos genera contaminación y acumulación. Groh et al. (2019) señalan que el envasado representa el 39,7 % del sector de plástico más grande del mercado, de los cuales aproximadamente el 60 % se utiliza para alimentos y bebidas. De igual manera, la Fundación Ellen MacArthur et al. (2016) sostienen que anualmente 8 millones de toneladas de plástico se filtran al océano, esto es el equivalente a un camión de basura por minuto, que se espera que se duplique para 2030 y se duplique nuevamente para 2050.

 

El envasado es un sector agroindustrial que tiene gran influencia en la conservación de productos hortofrutícolas. Desde una perspectiva ambiental, el inadecuado manejo de alimentos produce pérdidas que conducen al consumo excesivo de materiales y energía, atribuible a un tratamiento de los desechos y a una producción adicional de alimentos para compensar los desperdicios (Hoehn et al., 2019). Por lo tanto, se podría argumentar que, si se evita el desperdicio de alimentos, el impacto ambiental de la producción de los envases de plástico se compensa al evitar la pérdida de alimentos (Matthews et al., 2020).

 

Para mejorar las posibilidades de mercado de esta fruta exótica, pero perecedera, una de las alternativas es implementar sistemas de empaque que brinden soluciones integradas de conservación, manteniendo su calidad, para facilitar su distribución y comercialización (Olivares et al., 2017). Ahora bien, en el uso de envases en torno al producto, también se debe considerar el impacto ambiental de los materiales de envasado una vez finalizado su uso (Bhargava et al., 2020).

 

Es así como resulta necesario promover la selección de los mejores envases disponibles para minimizar los impactos negativos del envasado sobre el medio ambiente. En consecuencia, los plásticos de base biológica se consideran una alternativa ecológica, por ende, se han estudiado diferentes materiales poliméricos, entre ellos almidón, el cual es adecuado para la producción de películas debido a su abundancia, bajo costo, no toxicidad, biodegradabilidad, biocompatibilidad, capacidad de formación de película y renovabilidad (Broeren et al., 2017). El almidón puede extraerse de diferentes fuentes convencionales, entre ellas, la papa (Solanum tuberosum), al respecto, el departamento Nariño se destaca a nivel nacional por su producción, siendo la variedad Diacol Capiro la más producida en la región (MADR, 2019b), además, se resaltan las variedades nativas producidas a pequeña escala, por ejemplo: Ratona Roja y Curiquinga.

 

 

Los plásticos a base de almidón se encuentran entre los primeros plásticos de base biológica comercializados y en la actualidad se producen a escala industrial (Shen et al., 2010). La capacidad de producción de plástico de almidón ascendió a aproximadamente 430 kilotoneladas métricas/año en 2016, lo que representa el 10,3 % de la capacidad global de plásticos de base biológica, en la actualidad, los plásticos de almidón comerciales se desarrollan principalmente para “películas” (por ejemplo, envases biodegradables, bolsas, películas para acolchado agrícola), estos envases flexibles representan aproximadamente la mitad del mercado de plástico con almidón (Aeschelmann et al., 2017). Es importante señalar que, las películas exclusivamente a base de almidón presentan limitadas propiedades, por tal motivo, a menudo se combinan con aditivos para mejorarlas (Broeren et al., 2017).

 

Teniendo en cuenta lo anterior, desde el Grupo de Apoyo a la Investigación y Desarrollo Agroalimentario (GAIDA) y mediante el proyecto “Desarrollo y evaluación de recubrimientos comestibles y biopelículas activas adaptables a empaques para prolongar la vida útil de frutas andinas: lulo (Solanum quítense) y uchuva (Physalis peruviana L.) producidas en el departamento de Nariño (Convocatoria 818 de Minciencias)”, proyecto dirigido por: (Ph.D) William Albarracín Hernández, (Ph.D) Oswaldo Osorio Mora y (MSc) David López Enríquez, se desarrolla y evalúa la aplicación de películas biodegradables adaptables a sistemas de empaque para la conservación de uchuva.

 

Además, se complementa el desarrollo de estas películas incorporando nanopartículas como compuestos activos, ya que, pueden aportar diferentes propiedades, además, pueden modificar el metabolismo de frutas en la postcosecha. Es decir, mediante la variación de los componentes utilizados, se pueden obtener plásticos de almidón con una amplia gama de funcionalidades técnicas.

 

Por tal razón, dentro de la investigación se desarrollaron películas biodegradables a base de almidón de papa variedad Diacol Capiro, usando diferentes compuestos como: plastificante, copolímeros y nanopartículas, en este sentido, se incluyen materiales como glicerol, polivinilalcohol, policaprolactona, nanopartículas de óxido de zinc y óxido de silicio. Es importante resaltar que, cualquier polímero natural empleado para el envasado debe cumplir con similares estándares en comparación a los polímeros sintéticos (Domínguez et al., 2018).

 

Por lo tanto, la aplicabilidad del material desarrollado consiste en la evaluación de sus propiedades relacionadas con la resistencia mecánica, barrera a gases y biodegradabilidad. Finalmente, la película óptima obtenida se adapta a un empaque convencional para evaluar su efecto sobre la conservación de las características fisicoquímicas de uchuva en postcosecha.

 

Ahora bien, se han desarrollado diferentes formulaciones de películas biodegradables. Entonces, inicialmente el proceso contempla la extracción y caracterización de almidón, este mostró un contenido de amilosa y amilopectina de aproximadamente, 27 % y 73%, respectivamente, lo cual hace de este almidón tener posibles aplicaciones en la elaboración de películas biodegradables.

 

Posteriormente, las películas se elaboran acorde al método “Casting” con ciertas modificaciones, el cual consiste en preparar dispersiones con el almidón extraído, para esto diferentes concentraciones de almidón son adicionadas en agua, iniciando un calentamiento con agitación constante donde se llevan a cabo procesos de gelificación, gelatinización y retrogradación. Luego, durante cierta etapa del calentamiento, los compuestos restantes son adicionados en diferentes concentraciones. Finalmente, cada dispersión de almidón es vertida en un esparcidor automático de sustancias para su secado y laminado. Finalmente, las películas son dispuestas en desecador para su almacenamiento durante 96 horas antes de las respetivas evaluaciones.

 

Por otra parte, en términos generales las formulaciones de películas con glicerol, polivinilalcohol y nanopartículas (óxido de zinc y óxido de silicio) mostraron las mejores formaciones, asimismo, como resultado se obtuvieron películas biodegradables transparentes, delgadas, resistentes mecánicamente, de igual manera, dentro de las propiedades de barrera se obtuvo una permeabilidad al vapor de agua relativamente alta, lo cual es recomendable en la conservación postcosecha de uchuva, puesto que se evitan condensaciones de humedad dentro de un determinado recipiente, lo cual podría afectar los diferentes atributos del fruto como color y firmeza.

 

Se espera a futuro, que la descripción de los resultados obtenidos en laboratorio sobre películas biodegradables sea escalable a pruebas piloto, como alternativa para mitigar la problemática ambiental descrita y el fortalecimiento del sector hortofrutícola.

 

Para finalizar, el grupo GAIDA encamina su investigación a contribuir a la brecha tecnológica del sector agropecuario-agroindustrial de la región con el resto del país, aportando conocimientos basados en la Ciencia, Tecnología e Innovación, que aporten al mejoramiento tecnológico de la cadena hortofrutícola, por consiguiente, extiende la invitación a la comunidad académica a investigar en las actuales tendencias ambientales del departamento y el país que hacen énfasis en proyectos con enfoque de desarrollo sostenible, donde la interacción de la sociedad y biodiversidad deben ser evidenciados de manera conjunta, como estrategia agropecuaria que promuevan el mejoramiento de la región.

 

 

Grupo de Apoyo a la Investigación y Desarrollo agroalimentario – GAIDA

Ing. Leandro Geovanny Bravo

PhD. Oswaldo Osorio – Coordinador del proyecto, Docente Agroindustria

PhD. William Albarracín – Investigador Principal, Vicerrector de Investigación e interacción social.

 

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Referencias

 

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