Empaques inteligentes para la conservación de alimentos

La conservación de alimentos es un aspecto fundamental para reducir la enorme cantidad de pérdida de alimentos. Ante ello, especialistas del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) desarrollaron empaques plásticos para conservarlos y alargar su vida en anaquel.

En América Latina se pierden o desperdician hasta 127 millones de toneladas de alimentos al año, de los cuales 55 por ciento son frutas y hortalizas y 20 por ciento carnes, según el tercer boletín de Pérdidas y Desperdicios de Alimentos en América Latina y el Caribe 2016, de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés).

Estas pérdidas ocurren durante la cadena alimentaria en todos sus eslabones. De acuerdo con la FAO, destacan detrimentos de 28 por ciento a nivel de producción; 22 por ciento ocurre durante el manejo y almacenamiento, 17 por ciento en mercado y distribución, otro 28 a nivel del consumidor, entre otros aspectos.

Mediante empaques inteligentes más amables con el ecosistema, los investigadores buscan reducir la pérdida de alimentos de forma sustentable, en un entorno donde, de acuerdo con la ONU Ambiente, al año se producen 300 millones de toneladas de residuos plásticos, lo que equivale al peso de toda la población humana.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, los especialistas explican esta innovación, su importancia y sustentabilidad, además de su potencial para combatir la pérdida y desperdicio de alimentos, dañando lo menos posible el medio ambiente.

Efecto laberinto

Los científicos del CIQA trabajan en alternativas para extender la vida de frutas, vegetales y cárnicos, utilizando nanomateriales.

“El proyecto consiste en el desarrollo de empaques con nanopartículas que imparten al empaque características inteligentes (como la liberación o adsorción de sustancias hacia o desde los alimentos, etiquetas inteligentes que cambien de color o forma para dar información específica del estado del alimento, o con características de barrera a gases y olores, o con características antimicrobianas, etcétera). Dependiendo del tipo de nanopartícula, puede obtenerse gran variedad de empaques”, comentó el doctor Saúl Sánchez Valdés, coordinador del proyecto y profesor investigador del Departamento de Procesos de Transformación de Plásticos del CIQA.

Sánchez Valdés señaló que existen diferentes tipos de nanopartículas que otorgan características especiales a los empaques.

“Por ejemplo, nanopartículas que controlan el crecimiento de microorganismos, hongos, bacterias y hacen que el empaque dure más y el tiempo en anaquel del producto sea más largo; nanopartículas que impiden el paso de los gases, retardan el paso del oxígeno y el alimento no se oxida; otras nanopartículas que retrasan el paso o salida de la humedad, al añadir un aditivo como un antioxidante para que dure más el alimento, entre otros”.

Según  los especialistas, un momento clave de la pérdida de alimentos ocurre durante la entrega de los productores al consumidor, por lo que es importante conservar los productos hasta llegar al consumidor a través de empaques.

“Hay diferentes tipos de empaque: el empaque tradicional que consiste en un material que simplemente va a servir para transportar el alimento, en algunas ocasiones se le ofrece una protección muy simple contra un golpe. Posteriormente, se conoce el empaque inteligente, en esta categoría entran los empaques avanzados, permiten que el empaque dé otra funcionalidad al alimento, por ejemplo, que el alimento transpire. En el caso de algunas frutas es importante estar liberando sustancias que se generan durante el transcurso de maduración para evitar que esto genere que empiece el proceso de descomposición”, detalló el doctor José Alberto Rodríguez González, técnico titular C en el Departamento de Procesos de Transformación de Plásticos del CIQA.

En algunos alimentos es importante evitar que el oxígeno penetre hacia el alimento para retrasar el proceso de degradación o descomposición. Los empaques inteligentes tienen propiedades que permiten actuar como barrera para que no entren o no salgan algunos gases hacia los alimentos o desde los alimentos para evitar su deterioro. Los investigadores del CIQA trabajan en materiales nanométricos conocidos como nanoarcillas, con la finalidad de bloquear gases.

“Al acomodarse las nanoarcillas, tienen una forma como de hojas, al acomodarse en una película, lo que hacen es un efecto conocido como ‘el efecto laberinto’. Estas (nanoarcillas) hacen que los gases en lugar de que tengan que recorrer una distancia pequeña que es el espesor de la película, tienen que estarle ‘sacando la vuelta a estas hojas’, lo que provoca que su camino sea más largo y eso reduce la capacidad de intercambio de gases”, puntualizó el doctor Rodríguez González.

Junto al efecto que generan estas nanoarcillas, los especialistas desarrollan películas para empaque de alimentos con propiedades antimicrobianas para complementar la protección de los productos.

“Las películas se preparan con nanopartículas de plata y, estas, al entrar en contacto con microorganismos, específicamente bacterias como E. coli, van a reducir la capacidad de multiplicarse y llegan al punto que matan a las bacterias. Esto nos sirve para empaque de cárnicos, para reducir el riesgo de que estos alimentos puedan contaminarse con bacterias”, destacó Rodríguez González.

Actualmente, el proyecto se desarrolla a nivel piloto donde se pueden hacer pruebas para conocer la eficiencia de estos nanomateriales y películas para empacado de productos; además, es posible incorporar diferentes capas con nanopartículas a las películas, según las necesidades del proyecto.

“Para la preparación de las películas en el caso de los antimicrobianos, lo que se hace es que las nanopartículas se dispersan en el plástico o polímero, y se busca que tengan la mejor dispersión para que su efecto se maximice. Posteriormente a esto, (el plástico) pasa por el equipo de película plana, con lo cual se obtiene una película como la que vemos de manera regular en los supermercados, es decir, una película plástica transparente para envolver la carne, pero las nanopartículas están inmersas en ella y hacen su efecto antimicrobiano”, especificó Rodríguez González.

Los científicos aclararon que estas películas plásticas no son comestibles, pero las nanopartículas tampoco afectan el alimento, ya que se quedan ‘atrapadas’ dentro del plástico.

Materiales biodegradables

De acuerdo con la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat), 90 por ciento de la basura que flota en el mar es material plástico de diversos tipos, como polietileno (bolsas de plástico, botellas de refresco y agua) y polipropileno (plásticos duros como tapas de botella y artes de pesca), que afectan especies y contaminan mares, ríos, etcétera. Estos datos indican la gran cantidad de plástico que contamina el ambiente, de ahí la importancia de generar plásticos avanzados con las mismas ventajas que los convencionales pero más amigables con el medio ambiente.

“En los últimos años, se ha hecho mucha fama en los plásticos sobre el peligro que representan estos materiales, pero más allá de verlos como algo malo, realmente es cómo lo usamos. Creo que es muy importante que la gente tome conciencia de cómo utilizar un plástico de forma adecuada y que realmente no es que sean malos, sino que los hemos utilizado de forma no adecuada, es un tema donde debemos centrarnos un poco y pueden hacer sinergia otros temas como economía circular, reciclaje, etcétera”, comentó el doctor Carlos Espinoza González, investigador del Departamento de Materiales Avanzados y coordinador de Investigación del CIQA.

Espinoza González agregó que, hoy en día, se utilizan tecnologías para empaque de alimento pero pueden ser empleadas también en el campo como películas de invernadero, de acolchado, diversificando el uso de tecnologías y evolucionarlas de forma sustentable trabajando con diferentes tipos de polímeros (plásticos).

“Se ha trabajado con diferentes tipos de polímeros, los más utilizados, como el polietileno, son lentamente degradables. Sin embargo, también se han desarrollado materiales con polímeros como el PLA (ácido poliláctico), que tiene la capacidad de degradación más acelerada que los polímeros tradicionales. Ya se han hecho proyectos con este tipo de polímeros que son los que estamos utilizando. La ventaja que tienen estos polímeros es que su velocidad de degradación es varias veces mayor a los tradicionales, ya que provienen de fuentes naturales, como el ácido láctico, y pueden interactuar más fácilmente los microorganismos con los materiales para degradarse”, señaló Rodríguez González.

El doctor Sánchez Valdés detalló que estos empaques utilizan diferentes materiales plásticos para su elaboración, particularmente el ácido poliláctico, con aditivos con base en quitosán a partir de caparazón de camarón, por lo que son biodegrables. Al cuestionarle respecto a la contaminación que puede generar este tipo de plásticos, indicó que el problema con estos materiales sería si llegaran a ríos o mares, donde afectarían a pesar de su característica biodegradable.

“El problema es que llegue a ríos, mares y océanos, a pesar de que sean biodegradables, ya que transportan en sus residuos nutrientes y, al acumularse muchos nutrientes en el lecho marino, fomentan el crecimiento de algas nocivas como por ejemplo el lirio y el sargazo”, enfatizó.

Hasta el momento, los investigadores han hecho pruebas a nivel piloto con carnes y algunas frutas como el chabacano; además de colaborar con industrias panificadoras y del sector médico. Los resultados preliminares indicaron que, en promedio, estos empaques biodegradables a partir de películas plásticas con nanopartículas alargan la vida de estos productos alimenticios en anaquel, al menos, en 50 por ciento de tiempo.

“La idea es buscar llevar esto a nivel comercial, desarrollar las películas con alguna empresa y se está trabajando en otras líneas del proyecto que están relacionadas, como liberación controlada de sustancias para insecticidas o liberación de químicos para proteger plantas”, añadió Rodríguez González.

Los investigadores destacaron que continuarán desarrollando este tipo de proyectos y esperan que científicos de próximas generaciones continúen trabajando el tema alimentario.

“Sería un llamado a las nuevas generaciones a que aborden problemas reales, centren sus esfuerzos de investigación en estos problemas y que los aborden de manera transdisciplinaria, con inclusión social en estos temas para que pueda tener mayor impacto, mayor acercamiento”, resaltó Espinoza González.

El especialista Rodríguez González invitó a la comunidad científica y al público a enfocarse en el tema alimentario, ya que es una problemática actual y futura que tendrá que enfrentar la humanidad.

“Es importante concientizarnos en la parte de la problemática de la alimentación en el mundo y, por parte de la ciencia, tratamos de poner un granito de arena, pero gran parte tiene que ser el esfuerzo de todos nosotros para poder conservar lo que tenemos y aprovechar de la manera más racional todos los recursos a los que tenemos acceso, para el futuro de la sociedad”.

Fuente: CONACYT.