Desarrollo de sistemas de envasado activo mediante la formulación de matrices poliméricas y nanocompuestos con agentes antioxidantes y antimicrobianos de origen natural

Resumen

INTRODUCCIÓN: El sector del envasado representa uno de los principales sectores en la industria del plástico a nivel mundial y ha experimentado en los últimos años un continuo crecimiento debido a la diversidad de productos y aplicaciones que comprende. Los plásticos utilizados en envasado alimentario deben contribuir al mantenimiento de la calidad y seguridad de los alimentos desde su procesado hasta su consumo, incluyendo en este ciclo el almacenamiento y el transporte. Para ello, los envases alimentarios deben proporcionar protección mecánica, óptica y térmica a los alimentos envasados, además de preservarlos contra factores o condiciones de degradación, tales como microorganismos, oxígeno, humedad, contaminantes químicos, radiación y elevadas temperaturas. Los polímeros convencionales han sido tradicionalmente muy utilizados en este sector, en especial los polímeros termoplásticos derivados del petróleo cuya introducción se produjo en las décadas de 1950 y 1960. Sin embargo, estos polímeros presentan el doble inconveniente de su origen no renovable y su baja capacidad de degradación en condiciones naturales, por lo que en los últimos años son cada vez más las voces que abogan por el uso de biopolímeros en sistemas de envasado, materiales que se caracterizan por su biodegradabilidad y su origen a partir de fuentes renovables. Por otra parte, la idea de mejorar la calidad y ampliar la vida útil de los alimentos, mientras se mantienen sus propiedades organolépticas y nutritivas, está generando un importante interés en el entorno científico y de la industria alimentaria. Un nuevo concepto es el de envase activo, y se basa en favorecer el proceso de transferencia de masa e interacción entre los materiales de envase y los alimentos. El objetivo principal de los sistemas de envasado activo es alargar la vida útil de los productos envasados, minimizando o suprimiendo los efectos negativos producidos por agentes del entorno que producen los procesos de descomposición del alimento. Entre dichos procesos destacan la presencia de microorganismos y las oxidaciones de lípidos, que causan pérdidas inaceptables en la calidad del alimento, haciéndolo inviable para su consumo en un corto tiempo. Los aditivos naturales pueden ser obtenidos de diferentes fuentes, incluyendo plantas, animales, bacterias, algas u hongos, además de subproductos generados en la industria alimentaria como pueden ser, por ejemplo, la cáscara de la almendra, deshechos de salvia o de cascara de naranja. Los aceites esenciales y sus principales compuestos constituyentes son algunos de los agentes activos más estudiados para ser incorporados como aditivos activos en formulaciones poliméricas, sean estos de origen natural o sintético, ya que son aditivos naturales que provienen de fuentes renovables, son fáciles de obtener y presentan un elevado carácter antimicrobiano y/o antioxidante. Entre ellos, destacan el carvacrol (5-isopropil-2-metilfenol) y timol (2-isopropil-5-metilfenol, dos monoterpenos fenólicos que se caracterizan por ser dos de los aditivos naturales más estudiados debido a sus excelentes propiedades antioxidantes y antimicrobianas, descritas ampliamente en la literatura científica. Por otra parte, la aplicación de los conceptos básicos de la nanotecnología a la ciencia de materiales ha constituido una revolución en los paradigmas de dicha ciencia, ya que se han desarrollado nuevos nanomateriales con resultados novedosos y sorprendentes. En el área del envasado de alimentos estos nanomateriales han supuesto un cambio considerable debido a las nuevas propiedades y funciones que aportan, que han hecho que el uso de nanocargas haya ganado importancia como aditivos en materiales de envasado. El uso de nanomateriales en combinación con sistemas de envasado activo ha permitido mejorar la integridad estructural y las propiedades de barrera de las matrices poliméricas debido a la adición de los nanomateriales (ya sea nanoarcillas o nanopartículas metálicas), así como la mejora en el comportamiento antimicrobiano y/o antioxidante por la acción de los aditivos activos, como los aceites esenciales de orégano o clavo o bien compuestos con actividad intrínseca como el timol, carvacrol, tocoferoles o hidroxitirosol. Las nanopartículas de cobre, zinc, titanio, oro y plata, así como algunos de sus óxidos metálicos, también han sido propuestas como aditivos activos con el fin de extender la vida útil de los alimentos y proporcionar estrategias innovadoras, aceptables y seguras para desarrollar nuevos nanocompuestos activos. La aplicación de los sistemas de envasado activo, en especial aquellos que comprenden el uso de nanocompuestos, debe ser evaluada de forma que se pueda determinar de forma inequívoca la seguridad para el consumidor de estos materiales en contacto con alimentos, siempre considerando las normativas internacionales que limitan, prohíben y/o autorizan el uso de este tipo de aditivos. OBJETIVOS: El objetivo general de este trabajo es el desarrollo de nuevos sistemas activos de envasado con capacidad de protección de las características organolépticas y nutricionales de los alimentos y prolongar su vida útil. Para ello, en el presente trabajo se han desarrollo dos líneas básicas de investigación: (1) sistemas de envasado activo utilizando polipropileno (PP) como polímero base en combinación con timol y/o carvacrol; y (2) nanocompuestos activos utilizando PLA como matriz biodegradable en combinación con timol y dos tipos de nano-refuerzos comerciales, una nanoarcilla (Dellite®43B, D43B) y nanopartículas de plata (Ag-NPs). CONCLUSIONES GENERALES: De acuerdo con los objetivos propuestos en este trabajo y a la vista de los resultados obtenidos, como conclusión general del presente trabajo de investigación, se puede afirmar que la adición de componentes activos con propiedades antimicrobianas y antioxidantes, tales como carvacrol y timol, a polímeros convencionales (PP) o de fuentes renovables y características biodegradables (PLA) en aplicaciones de envasado alimentario muestran un gran potencial para mejorar la calidad y seguridad alimentarias. En particular, la capacidad de liberación, tanto desde matrices de PP como de PLA, ha mostrado el gran potencial de estos sistemas para ser utilizados como envases con características antioxidantes y antimicrobianas para diferentes productos alimenticios con el fin de extender su vida útil y calidad organoléptica y nutricional.