TECNOLOGIAS DE ENVASADO TECNOLOGIAS DE ENVASADO ACTIVO CON MATERIALES ACTIVO CON MATERIALES

SOSTENIBLESSOSTENIBLES

UNIVERSIDAD DE ALICANTEGrupo de Análisis de Polímeros y Nanomateriales

ALFONSO JIMENEZ

Murcia, 27 de Octubre de 2009

http://www.cep-inform.es/esp/publicaciones/estudiosector.asp

http://www.eia.doe.gov/steo

Ventajas• Buenas propiedades mecánicas y funcionales (versatilidad). • Bajo costo• Ligeros• Duraderos

InconvenientesMateria prima: petróleo/precios en alza

• Producción------ Emisión de altos niveles de CO2

• Final --------- VERTEDEROS (rellenos sanitarios). Cientos de años

• Cuotas ($100-500/ton USA)

• Espacio (Japon, UK, Taiwan) ---- Incineración (problemas medioambientales)

Polímeros sintéticos

Polímeros sintéticos

El problema del tratamiento de residuos y el uso de fuentes no renovables hace que exista un interés cada vez mayor en los polímeros biodegradables como material para envasado.

En comparación con los materiales plásticos convencionales, los polímeros biodegradables muestran una estereoquímica y arquitectura molecular particulares que hace que se puedan preparar materiales “a la carta” en función de las propiedades requeridas.

Biodegradable

Ren

ewab

le

Res

ourc

es

Oil B

ased Resources

Not Biodegradable

Cellulose-based products (cellophane,natural rubber, etc).

Cellulose-based products (cellophane,natural rubber, etc).

Commodities and technical polymers (PP, PE, PS, PVC, PET, PMMA, Epoxy...)

Commodities and technical polymers (PP, PE, PS, PVC, PET, PMMA, Epoxy...)

StarchPLAPHAGelatineChitin….

StarchPLAPHAGelatineChitin….

PCL, PBT,PBSPBA PEA….

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Biodegradable

Ren

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le

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Oil B

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Not Biodegradable

Cellulose-based products (cellophane,natural rubber, etc).

Cellulose-based products (cellophane,natural rubber, etc).

Commodities and technical polymers (PP, PE, PS, PVC, PET, PMMA, Epoxy...)

Commodities and technical polymers (PP, PE, PS, PVC, PET, PMMA, Epoxy...)

StarchPLAPHAGelatineChitin….

StarchPLAPHAGelatineChitin….

PCL, PBT,PBSPBA PEA….

PCL, PBT,PBSPBA PEA….

Los polímeros biodegradables y procedentes de fuentes naturales son el ideal para su uso en packaging, aunque en ocasiones sus propiedades limitan su uso en esta aplicación.

Clasificación polímeros naturales

CONDICIONES QUE DEBEN REUNIR LOS ENVASES ALIMENTARIOS•Protección del alimento frente a agentes externos.•Compatibilidad envase – alimento.•Funcionalidad (adecuación a las necesidades del consumidor).•Disponibilidad en el mercado.•Adecuación a la normalización técnica y a la legislación.•Posibilidad de comunicar información al consumidor.•Compatibilidad medio ambiental.•Precio adecuado.

El principal desafío de la industria alimentaria en la utilización de biopolímeros es igualar la durabilidad del envase con la vida útil del alimento.

Factores de degradación de los alimentos

Temperatura

Humedad relativa

Microorganismos

Radiación UV

Oxígeno

Ejemplos de uso de polímeros biodegradables en envasado de alimentos

ENVASE ACTIVO

Diseñado para interaccionar con el alimento, dándole a este una serie de

propiedades que aumenten la calidad, vida útil y aceptabilidad de los alimentos

envasados (Fernández 2000).

Extensión de la vida útil: Mecanismos de control del deterioro dentro del

envase, evitando el uso de aditivos alimentarios.

AGENTES ACTIVOS

Aportan al producto envasado sustancias como agua, antioxidantes, conservantes, dióxido de carbono, etc.

Absorbedores Emisores

Eliminan sustancias no deseadas (oxígeno, agua, etileno, olores, etc.)

El componente activo se puede aplicar en el interior del envase o puede estar incluido en el material de envase (películas sintéticas y comestibles que contienen el principio activo).

Liberación de elementos activos- Antioxidantes (control de procesos de oxidación…)

- Antimicrobianos (control de la contaminación microbiológica) - Componentes aromáticos para corregir la retención por el envase

Retención de componentes- Gases y vapores orgánicos (H2O, CO2 , etileno, olores a aminas en pescado, aldehídos de aceites y fritos…)- Absorción de sustancias indeseables (limonina en zumos cítricos, colesterol y lactosa en leche)

Los sistemas antimicrobianos son capaces de liberar sustancias que actúan de forma efectiva sobre los microorganismos que pueden influir negativamente sobre los alimentos envasados.

Pueden dividirse en dos tipos: Los que contienen un sistema antimicrobiano que migra intencionadamente a

la superficie del alimentoLos que son efectivos contra el crecimiento en la superficie del alimento sin

migración intencionada del agente activo al alimento.

Liberación desde el polímero

Sistema antimicrobiano en

sobres

Fermentación Purificación

Biomasa Ácido Poliláctico

Dextrosa Ácido Láctico

Microorganismos

Aisl

ació

ne

Hid

rólis

is

Polimerización

Fotosíntesis

Deg

rada

ción

CO2 y H2OBi

odeg

rada

ción

PLA

Inconvenientes en envasado-Fragilidad-Baja resistencia a altas temperaturas-No microondas-Propiedades barrera a O2 y CO2

Uso de plastificantes

PLA

0

50

100

150

200

250

300

5 10 15 20Plasticizer content (wt%)

EB (%

)

DOA206/3206/5206/7

V.P. Martino, R.A. Ruseckaite, A. Jiménez; Polymer International, 58, 437-444, (2009)

R. Auras, S.P. Singh, J. Singh; J. Testing Evaluation, 34 (6), (2006)

V.P. Martino, A. Jiménez, R.A. Ruseckaite; Journal of Applied Polymer Science, 112, 2010-2018, (2009)

Uso de nanocompuestos

C. Thellen et al; Polymer, 46, 11716-11727, (2005)

PLAInconvenientes-Fragilidad-Baja resistencia a altas temperaturas-No microondas-Propiedades barrera a O2 y CO2

R. Auras, B. Harte, S. Selke; J. Appl. Polym. Sci., 92, 1790-1803, (2004)

PLA como soporte de secuestradores de oxígeno

V.K. Holm, G. Mortensen, M. Vishart, M.A. Petersen; International Dairy Journal, 16, 931-939 (2006)

Oxígeno CO2

Mejora de la protección del alimento

Aplicaciones PLA

Películas comestibles

Son películas preparadas a partir de componentes naturales que protegen los alimentos a la vez que le aportan componentes antimicrobianos, antioxidantes o componentes aromáticos

http://www.nytimes.com/2007/08/29/dining/29film.html

Películas en base proteína

-Recubrimientos con alta capacidad barrera a oxígeno o componentes aromáticos.-Retardadores de la respiración celular.-Films de alta barrera a grasas-Recubrimientos protectores para productos congelados

Poliolefinas (LDPE, PP) Almidón y derivados

Absorbedores de olores y saboresSon sustancias empleadas para eliminar efectos indeseables en los alimentos envasados tales como el olor, el sabor o el aspecto.

Hasta el momento, solo unos pocos materiales han sido usados comercialmente para eliminar componentes de olor o sabor no deseables en los alimentos, existen varios ejemplos:

Triacetato de celulosaPapel acetiladoÁcido cítricoSal ferrosa, ascorbatoCarbón activo, arcillas zeolitas

Eliminación de aminas producidas por la ruptura de proteínas en los músculos del pescado.

Eliminación del sabor amargo en cítricos tras su procesado para la obtención de zumos (limonina o naranjina).

El reglamento CEN1935-1-2004 limita el uso de los absorbedores de olores y sabores, indicando que éstos no deben alterar la composición o las propiedades organolépticas de los alimentos.

Desafíos pendientes en el uso de biopolímeros para envasado de alimentos

1. Films y recubrimientos comestibles (mejora de propiedades barrera, sustitución de otros materiales de envasado…)

2. Envasado activo (secuestradores de oxígeno, agentes antimicrobianos…)

3. Envasado en atmósferas modificadas (control de las propiedades barrera a gases, reducción del crecimiento microbiológico…)

4. Obtención de sistemas multicapa en base biodegradable.

5. Fabricación de sistemas con diversas morfologías y tamaños.

http://www.cawrecycles.org/issues/polystyrene_main/compbiohttp://www.biobags.co.uk/products/food%20packaging.htmhttp://www.biopac.co.uk/http://www.foodproductiondaily.com/news/ng.asp?id=69464-natureworks-rpc-bebo-biodegradable-plahttp://www.worldcentric.org/bio/index.htmhttp://www.foodproductiondaily.com/news/ng.asp?n=78146-biodegradable-pla-phahttp://www.enviroarc.net/in/es/http://www.cellobag.com/sub1.htmhttp://www.natureworksllc.com/http://www.eia.doe.gov/steohttp://www.epa.gov/msw/facts.htmhttp://www.materbi.com/

Referencias

Gracias por su atención