SEMINARIO SOBRE EL USO SOSTENIBLE DE LAS RESTINGAS EN LA AMAZONIA PERUANA

BIOPOLMEROS NATURALES USADOS EN EMPAQUES BIODEGRADABLES

En esta revisin se hace una descripcin de algunos biopolmeros aplicados a la agroindustria de empaques biodegradables, como tambin algunos conceptos sobre recubrimientos para productos alimenticios y otras estructuras membranosas. Estas pelculas dan transparencia, flexibilidad y dureza. Las pelculas elaboradas con biopolmeros y adicin de plastificantes comerciales, aumentan sustancialmente la biodegradabilidad y mejoran las propiedades mecnicas y de barrera. Con los biopolmeros naturales renovables se abre laposibilidad de producir recubrimientos y empaques biodegradables a partir de materias primas autctonas de Latinoamrica con destino a la proteccin de alimentos y otros usos agroindustriales.

INTRODUCCINLa prioridad principal de los empaques es la preservacin y proteccin de todo tipo deproductos, siendo los alimentos y las materias primas el campo de mayor prioridad. Estosproductos requieren atencin dada la contaminacin generada por microorganismos(bacterias, esporas, hongos, etc.) durante la manipulacin (Tharanathan, 2003). Laproteccin se hace a travs de los empaques, los cuales generalmente se elaboran a partir depolmeros sintticos. No obstante, el usoindiscriminado de empaques sintticos hagenerado serios problemas ecolgicoscontribuyendo a la contaminacin ambientalprovocada por desechos slidos de bajadegradabilidad, lo que ha impulsado a labsqueda de biopolmeros naturales. Elaprovechar los recursos naturales como fuentede conservacin y reciclaje se convierte en unaexcelente opcin e innovacin en el desarrollode nuevos productos biodegradables. Su totalbiodegradacin en productos como CO2, aguay posteriormente en abono orgnico es una granventaja frente a los sintticos (Bastioli, 2001). Elobjetivo de esta revisin es conocer losdiferentes biopolmeros obtenidos de diversasfuentes de recursos naturales usados enempaques biodegradables.MATERIALES NATURALES PARAEMPAQUES BIODEGRADABLESEl reemplazo total de los plsticos sintticospor materiales biodegradables para laelaboracin de empaques no se ha logradohasta el presente, no obstante si se hansustituido algunos polmeros sintticos porotros naturales, en aplicaciones especficas.Tales reemplazos han permitido el desarrollode productos con caractersticas especficasrelacionadas con las propiedades de barrera,mecnicas y trmicas en determinadosempaques como pelculas, protectores,espumas, envolturas, platos, tasas, cucharas,bolsas, etc., (Avrous y Boquillon, 2004;Wang et al., 2003).Los biopolmeros naturales provienen de cuatrograndes fuentes: origen animal (colgeno/gelatina), origen marino (quitina/quitosan),origen agrcola (lpidos y grasas e hidrocoloides:protenas y polisacridos) y origen microbiano(cido polilctico (PLA) y polihidroxialcanoatos(PHA)) (Tharanathan, 2003).PolisacridosLos polisacridos son conocidos por suestructura compleja y diversidad funcional(Stawaski y Jantas, 2003). La estructura linealde algunos de estos polisacridos es, porejemplo, la celulosa (1,4-b-D glucano), laamilosa (un componente del almidn 1, 4-a-D glucano) y el quitsan (1, 4-b-D polmerode glcidos), le proporcionan a algunaspelculas dureza, flexibilidad y transparencia;las pelculas son resistentes a las grasas yaceites. El entrelazamiento, por ejemplo, delquitsan con aldehdos hace la pelcula msdura, insoluble en agua y le proporciona unaalta resistencia (Benavides, 2002; Srinivasa etal., 2004).El celofn, es una pelcula regenerada decelulosa que se hace por un proceso viscoso.La celulosa de ter aninico y lacarboximetilcelulosa (CMC), se solubilizan enagua siendo compatibles con otro tipo debiomolculas, mejorando las propiedadesmecnicas y de barrera en las pelculaselaboradas. La CMC es una pelcula capazde absorber el aceite recogido en losalimentos sometidos a proceso de frituraprofunda (Garca et al., 2004). Pelculaselaboradas de bagazo de yuca, CMC yresiduos de papel Kraft han mostrado una altaresistencia, importante propiedad para lafabricacin de panales de huevo, empaquespara frutas y verduras (Matsui et al., 2004).TEMAS AGRARIOS - Vol. 12:(2), Julio - Diciembre 2007 (5 - 13)7El almidn es otra materia prima en abundancia,especficamente el que proviene del maz, tienepropiedades termoplsticas cuando se realizala disrupcin estructural a nivel molecular. Lapresencia de amilosa en un 70% en almidonesde amilo-maz da una estructura fuerte y msflexible a la pelcula. La estructura ramificadade la amilopectina generalmente le da a lapelcula pobres propiedades mecnicas. Loscompuestos de los almidones hidroxipropiladosson usados para la preservacin de caramelos,pasas, nueces y dtiles para evitar la rancidezoxidativa (Tharanathan, 2003). La sntesis de lacopolimerizacin e injertacin de monmerostales como acrilonitrilo (AN), generan unprecursor de fibras acrlicas utilizadas en lapreparacin de compuestos de almidn mspolmero (almidninjertoPAN), los cuales sontambin biodegradables (Tharanathan, 2002).Las investigaciones en plsticos biodegradablesbasadas en almidn se iniciaron desde 1970y continan actualmente en varioslaboratorios del mundo. Las tecnologas quean se siguen desarrollando, estnrelacionadas con la incorporacin del grnulode almidn o almidn en forma gelatinizadaa las formulaciones de las pelculas fabricadasen procesos de compresin, extrusinsoplado, extrusin de un slo tornillo o dobletornillo y moldeo por inyeccin (Blacido et al.,2005; Parra et al., 2004). El problema que hanpresentado las pelculas fabricadas conalmidn es la sensibilidad a la humedad, lacual se ha reducido utilizando en lasformulaciones polivinilalcohol (PVA),glicerina, sorbitol, bases nitrogenadas, etc.(Shamekin et al., 2002; Smits et al., 2003;Finkenstadt y Willett, 2004; Yu, 2004; Acostaet al., 2006). La plastificacin del grnulo dealmidn nativo o almidn hidrolizado seobtiene por la disrupcin estructural queresulta de una disminucin de los cristalesdurante el proceso de extrusin y la accindel plastificante, emergiendo un nuevo tipode material conocido como almidntermoplstico (TPS) (Acosta et al., 2005;Villada, 2005). Igualmente, se han realizadoestudios en TPS hechos a partir de amilosa yamilopectina; en stos se analizaron laspropiedades de barrera, las cuales mostraronuna alta permeabilidad al O2 y disminucin alvapor de agua en TPS de amilosa comparadoscon los elaborados a partir de amilopectinas.(Forssell et al., 2002; Dole et al., 2004; Janssony Thuvander, 2004; Blacido et al., 2005).La adicin de polmeros naturales como elalmidn al interior del polietileno (polmerosinttico), en forma granular entre un 6 y el30%, es otra aproximacin en la fabricacinde los empaques biodegradables. Laspelculas de almidn y polietileno de bajadensidad (LDPE) contienen hasta un 30% dealmidn, mostrndose como un materialparcialmente biodegradable. Otra aplicacindel almidn es la combinacin en formagelatinizada en proporciones entre el 30 y el70% mezclado con polmeros sintticosigualmente gelatinizados, como el caso depolivinilalcohol en proporciones variandoentre 10% y 20% (Muratore et al., 2005).Existen en el mercado diferentes productoshechos de polmeros sintticos y almidngelatinizado comercializados por Mater-Bi(Hanna, 2004). Sin embargo, hoy ambos tiposde material no se pueden considerar comocompuestos completamente biodegradables(Pedroso y Rosa, 2005). Los envases plsticosde almidn formados a partir de espumas pormezclas de almidn con cido polilctico sonusados como material de relleno queamortigua y protege contra golpes yvibraciones durante el transporte (Peesan etal., 2005; Xu et al., 2005).Los productos derivados del almidn talescomo dextrinas o glucosa son extensamenteusados como materias primas de mediosfermentativos. La glucosa puede serfermentada y convertida a cido lctico, elcual puede ser polimerizado a un polmero deBIOPOLMEROS NATURALES USADOS EN EMPAQUES BIODEGRADABLES8alto peso molecular como es el cido polilctico(PLA) e igualmente copolimerizado. Su usocomo plstico biodegradable es de considerableinters y demanda (Kulinski y Piorkowska,2005). La conversin del cido lctico a sudmero deshidratado (lctido), permite elproceso de polimerizacin siempre y cuandose utilice el adecuado catalizador. El lctidoest seguido por el rompimiento de un anilloque se abre a la polimerizacin de variospolmeros de alto peso molecular a unaposterior reaccin de copolimerizacin concaprolactona dando como resultado unapelcula que se usa para empaques dealimentos (Petnamsin et al., 2000).La pectina, es un complejo aninicopolisacrido compuesto de b-1,4-D cidogalacturnico residual, sta puede ser pectinade alto metoxilo (HMP) o pectina de bajometoxilo (LMP); la HMP forma excelentespelculas. La mezcla de plastificante depectina ctrica y almidn de alta amilosa danestabilidad y flexibilidad a la pelcula, la cuales trmicamente estable sobre 180 C. Lapectina es tambin miscible enpolivinilalcohol o en glicerina en todas lasproporciones, puede usarse en la elaboracinde pelculas por proceso de extrusin,compresin y/o otras operaciones trmicas(Marshall y Coffin, 1998); es soluble en aguae igualmente es usada en la fabricacin debolsas y en diversos sistemas mdicos. Laspelc