En Brasil, Investigadores de la Universidad Estatal de São Paulo (UNESP) en Ilha Solteira han desarrollado una película que puede reemplazar al plástico en los envases de alimentos. La película está hecha de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) y restos de celulosa bacteriana que quedan del procesamiento industrial. Ambas materias primas son sostenibles. Se combinan para producir una película biodegradable de nanocristales de celulosa bacteriana y HPMC.

El producto supera a la película fabricada solo con HPMC. Un artículo sobre el proyecto de investigación, que contó con el apoyo de la FAPESP, se publica en la revista Material e interfaces aplicados ACS.

"Nos propusimos llenar la matriz de HMPC con nanocristales de celulosa bacteriana para mejorar sus propiedades. También queríamos crear protocolos más ecológicos para el desarrollo de compuestos novedosos, desde el propio material hasta su origen, así que incluimos la reutilización de residuos industriales en el proyecto, "dijo Márcia Regina de Moura Aouada, coautor del artículo. Aouada tiene un Ph.D. en química de la UNESP, donde enseña e investiga en el Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), una de las Investigaciones, Centros de Innovación y Difusión (RIDC) apoyados por la FAPESP.

Desde su doctorado, Aouada ha estudiado películas hechas a partir de energías renovables, y películas comestibles y biodegradables, con el objetivo de reducir la creciente generación de residuos sólidos en forma de envases de plástico para alimentos vertidos.

"Una de las limitaciones de las películas fabricadas con HPMC y otros biopolímeros es su baja resistencia mecánica en comparación con las películas tradicionales derivadas del petróleo. También son muy permeables al vapor de agua, lo que limita las aplicaciones disponibles. Mejoramos estas propiedades agregando celulosa bacteriana, "dijo Pamela Melo, estudiante de posgrado en ciencias de los materiales en la UNESP y primer autor del artículo sobre el proyecto, que se llevó a cabo durante su Ph.D. investigación bajo la supervisión de Aouada.

receta de pastel

Los investigadores obtuvieron restos de celulosa bacteriana de Seven Indústria de Produtos Biotecnológicos, que produce biopelículas de apósitos para heridas en el estado de Paraná. Para convertir estos residuos en una película apta para el envasado de alimentos, primero molieron las sobras hasta convertirlas en polvo. "Luego sometimos el polvo a hidrólisis de ácido sulfúrico, un proceso bien descrito en la literatura, "Melo dijo. El resultado fue una suspensión de nanocristales de celulosa bacteriana, que mezclaron con HPMC diluido en agua para producir una dispersión formadora de película, un objetivo de interés para la industria de los bioplásticos.

"No es suficiente crear buenos compuestos. Necesitamos encontrar la mejor solución para obtener buenas propiedades de película variando factores como la viscosidad y la concentración de nanopartículas. Una analogía justa podría ser una receta de pastel:estudiar la receta es otra innovación significativa en nuestro estudio , "Dijo Aouada.

"La forma en que los nanocristales interactúan con la matriz de HPMC y se distribuyen dentro de ella determinará la calidad de la película, así que realizamos pruebas y llegamos a la distribución óptima a través de la dispersión de alta energía utilizando un dispersor Turrax, "Melo dijo. La dispersión formadora de película se depositó sobre un sustrato. Los solventes se evaporaron después de 24-48 horas. El resultado fue un producto menos permeable que la película de HPMC solamente. La cantidad de agua absorbida por el material es actualmente una limitación para su uso en envases.

Otro hallazgo positivo es que los nanocristales no alteran la transparencia de HPMC.

Ventajas de la celulosa bacteriana

La celulosa es el polímero más abundante en la naturaleza y el principal componente de las fibras vegetales. proporcionando rigidez a las plantas. La celulosa vegetal es bien conocida y se utiliza en la fabricación de papel, pero algunas bacterias, las algas y los invertebrados marinos también secretan celulosa, que se ha utilizado durante algún tiempo en biopelículas de apósitos para heridas y ahora se está expandiendo a otras áreas, como el envasado de alimentos.

La protección del medio ambiente natural es la que más beneficia. "La celulosa bacteriana se puede producir en el laboratorio durante todo el año, independientemente de las condiciones climáticas y ambientales. Es una molécula más pura y el proceso de producción genera menos contaminación, ", Dijo Aouada. El procesamiento de la celulosa vegetal requiere la eliminación de impurezas como la lignina utilizando compuestos organoclorados, que son perjudiciales para el medio ambiente.

Otra ventaja de la celulosa bacteriana es la presencia de fibras nanométricas en su estructura. "Esto es muy interesante porque le da al material propiedades distintas, como alta resistencia a la tracción, lo que significa que puede soportar ciertas cargas o tensiones sin romperse, "Dijo Aouada.

Próximos pasos

Los investigadores planean continuar probando las dispersiones formadoras de película hasta que concluyan que han desarrollado un producto competitivo. Están estudiando otras técnicas de dispersión de polímeros, comparándolos con el uso de HPMC, y evaluación de su biodegradabilidad.

Si logran desarrollar mejores dispersiones formadoras de película, puede ser posible utilizar celulosa bacteriana a mayor escala. "Nuestro principal objetivo es encontrar sustitutos de materiales que no se consideran ecológicamente correctos, como los productos derivados del petróleo. Dichos sustitutos incluyen compuestos biodegradables derivados de recursos renovables, "Dijo Aouada.

El uso de desechos de celulosa y otros tipos de desechos también ayuda a reducir los costos de procesamiento. Los consumidores suelen preferir la película de plástico para el embalaje porque es barata. Es más, hay otras fuentes prometedoras de celulosa bacteriana, como las industrias de la caña de azúcar y la soja. "Los estudios han demostrado que la celulosa bacteriana se puede obtener utilizando melaza de caña de azúcar o de soja como sustrato, "Dijo Aouada.