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Naturaleza, nuevo petróleo

La industria busca nuevos materiales para hacer los envases más sostenibles. Envases o kits de análisis, entre las nuevas aplicaciones

Existe una elevada cantidad de plásticos que terminan en el mar cada año.

El lino, el cáñamo y la fibra de coco podrían ser los candidatos para reemplazar, de manera masiva, al petróleo en los envases. Una experiencia que se uniría a la aplicación actual de fibras vegetales para sustituir los aislantes de fibra de vidrio del revestimiento interior de coches y aviones, las tablas de snowboard o los billetes de dólar. Las fibras vegetales ofrecen ventajas ya durante la cadena de producción porque las plantas eliminan dióxido de carbono (CO2). Además, se trata de materiales renovables ya que son biodegradables. Por ejemplo, para producir un kilo de lino utiliza cinco veces menos energía que para producir la misma cantidad de fibra de vidrio.

Los gobiernos internacionales ya están legislando hacia esta dirección. Y es que el gobierno francés aprobó el pasado 30 de agosto un decreto que prohíbe el uso de vajillas de plástico de un solo uso a partir del año 2020. Mediante este decreto, a partir de ese año sólo se permitirán en Francia vajillas que contengan un mínimo de materiales biológicos o compostables, tales como el almidón de maíz, de patata, el bambú o fibras y celulosa.

La sustitución de los plásticos es un reto al provenir de recursos no renovables y es altamente contaminante al no ser biodegradable. A día de hoy el 74 % de estos productos son distribuidos en envases fabricados con derivados del petróleo. Según el Instituto 5 Gyre, en los océanos y mares de todo el mundo hay 270.000 toneladas métricas de desechos, que equivaldrían al camino de poner una botella de plástico detrás de otra de la Tierra a la Luna, ir y volver, dos veces. Además, los plásticos pueden afectar a la salud humana: algunos productos químicos industriales contienen sustancias que pueden interferir con la producción de hormonas y el metabolismo humano y dañar la salud.

Investigando nuevos envases

Sin embargo, una de las primeras barreras en el uso de nuevas materias primas es el precio. "El coste de los envases biodegradables para alimentos podría reducirse hasta un 16 % si se utilizan los diseños de envases apropiados", apuntan los primeros resultados obtenidos por el centro tecnológico AINIA y el instituto tecnológico del plástico AIMPLAS, en el marco del proyecto SOSTPACK. El proyecto tiene como objetivo mejorar las propiedades de los materiales plásticos biodegradables para facilitar su incorporación al mercado del envasado de alimentos.

En su primer año este proyecto, que cuenta con el apoyo del Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y los fondos europeos FEDER, se ha centrado en identificar materiales biodegradables que puedan servir como alternativa a los plásticos tradicionales, posibilitando a su vez que la vida útil del alimento que contiene. Además, busca que sus características nutricionales y sensoriales y las propiedades del envase sean similares. Los primeros trabajos demostrativos se han realizado con envases tipo bandeja y bolsa en productos como snacks, bebidas lácteas y carnes, aunque a lo largo del proyecto se abordarán otros.

Para ello se han utilizado de forma conjunta diversas tecnologías con las que se han realizado envasados de productos con materiales biodegradables para estudiar las propiedades barrera y la resistencia térmica de estos materiales, incluyendo posibles mejoras estructurales para que puedan ser procesados en equipos industriales convencionales. Asimismo, un estudio de espesores en envases estándares tipo bandeja habituales en carnes, ha mostrado mejoras de más de un 15 % en el reparto de espesores en los puntos críticos del envase.

La finalidad del proyecto SOSTPACK es mejorar y adaptar las características de los materiales biodegradables y compostables existentes, para facilitar su incorporación al mercado del envasado de alimentos, y que puedan convertirse en una alternativa sostenible manteniendo tanto su vida útil, como sus características organolépticas y nutricionales.

Química verde

El maíz también se utiliza como material biodegradable. La última aplicación es la desarrollada por investigadoras de las universidades de Valencia y Cambridge que han propuesto la zeína, un material natural obtenido del maíz, como alternativa a derivados del petróleo para el diseño de dispositivos de monitorización, biokits y biosensores. Tiene aplicaciones directas en los campos medioambiental y en ciencias de la salud.

La propuesta, con el horizonte en la reducción del uso de materiales plásticos, implica la creación de dispositivos biodegradables y ecológicos basados en la química verde. Además, permite análisis in situ, de forma fácil y rápida y en la mayoría de casos sin la necesidad de fuentes de energía externa, es decir, con un consumo energético nulo. "Los materiales biodegradables deben de ser en un futuro próximo los sustitutos definitivos de los actuales plásticos", ha destacado Neus Martínez Jornet, investigadora en el Departamento de Química Analítica de la Universitat de Valencia.

Los biosensores son dispositivos que incorporan material de naturaleza biológica (enzimas, microorganismos, anticuerpos, proteínas etc.) integrados en soportes normalmente no biodegradables y utilizados para medir parámetros biológicos o químicos. Entre los más comunes destacan niveles de glucosa y colesterol en sangre o de nitratos, fosfatos y amonio en aguas. La mayoría de los dispositivos de este tipo utilizados están constituidos por materiales no degradables, en un contexto en el que su uso continúa aumentando. Una vez quedan obsoletos, generan una gran cantidad de residuos que tienen que ser convenientemente tratados. Por el contrario, la zeína, proteína del maíz, es altamente biodegradable, y no requiere de ningún tratamiento de reciclaje, sostienen desde el equipo investigador de las universidades de Valencia y Cambridge.

La zeína, además, posee unas características ideales para la inmovilización de diferentes compuestos o moléculas así como de enzimas, que hace que conserve las propiedades de los mismos, y es capaz de liberarlos en el momento del muestreo. En la investigación, además a la zeína, se ha incorporado glicerol, un producto natural, biodegradable y no tóxico, utilizado, entre otros, en las industrias farmacéutica y alimentaria que actúa como plastificando y mejora la flexibilidad de los materiales sobre los que actúa. A partir de este material biodegradable se han obtenido diferentes tipos de dispositivos ópticos o biokits (conjunto de los biosensores y la disolución tampón necesaria para el ensayo) con aplicaciones en diferentes áreas, frente a otros dispositivos que si bien detectan fosfatos, no lo hacen en las concentraciones adecuadas, no son suficientemente robustos, selectivos, fáciles de utilizar, ni tampoco ecológicos ni baratos.

Así, uno de los biokits detecta el exceso de fosfatos en las aguas, un hecho que provoca deficiencia de oxígeno y afecta directamente a la calidad del líquido. Para hacer frente a esta situación, se ha desarrollado un dispositivo capaz de detectar fosfatos inorgánicos en las concentraciones adecuadas. Otro de los biokits desarrollados se ha utilizado para la detección de clorpirifós en preparados comerciales utilizados como pesticidas en la agricultura. El clorpirifós es uno de los pesticidas más utilizados en Estados Unidos a pesar de que es considerado por la EPA (Agencia de Protección Ambiental americana) como sustancia de categoría II: moderadamente tóxica. En el Mediterráneo también se ha utilizado y se utiliza este pesticida, pues es uno de los tratamientos más eficaces contra el Rhynchophorus ferrugineus, conocido como picudo rojo.

"También, la utilización de la zeína y el glicerol en el diseño de los biosensores y biokits puede potenciar sectores como los derivados de la fabricación del biodiésel y el bioetanol. Además, la zeína y el glicerol pueden obtenerse como productos secundarios en la obtención de biodiésel y bioetanol respectivamente, y suponen un valor añadido para este tipo de industria en crecimiento", completa Neus Jornet.

Este proyecto ha sido subvencionado por la Generalitat Valenciana, dentro del Programa PROMETEO para grupos de investigación de excelencia 2012/045, concedido al Grupo Miniaturización y Métodos de Análisis Totales (MINTOTA) del Departamento de Química Analítica de la Facultad de Química de la Universitat de València.

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