Resumen
El uso generalizado de envases plásticos en alimentación ofrece protección frente al deterioro físico, químico y microbiológico, pero su acumulación y mala gestión postconsumo han generado un grave problema ambiental. Los polímeros biodegradables como el poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV), biobasado y biodegradable, pueden representar una alternativa sostenible, aunque presentan limitaciones técnicas y económicas que deben mejorarse para su aplicación en envases alimentarios.
Esta tesis desarrolla films activos a base de PHBV mediante mezclado en caliente y moldeo por compresión, con compuestos activos (ácido ferúlico (FA) y p-cumárico (PCA)), extractos de paja de arroz y mezclas con policaprolactona (PCL) para mejorar la flexibilidad y el termosellado. Los films con FA y PCA (3, 6 y 9%) mostraron actividad antioxidante y antimicrobiana, así como una reducción en la permeabilidad al vapor de agua y al oxígeno. El FA se dispersó homogéneamente, mientras que el PCA formó micropartículas, afectando las propiedades mecánicas. La migración global fue segura (<10 mg/dm²), con una mayor liberación de los compuestos activos en medios apolares. El efecto antimicrobiano en medios acuosos fue limitado, pero mejoró mediante aplicación superficial de FA en disolución etanólica.
Se extrajeron compuestos activos de paja de arroz a 160¿°C y 180¿°C con agua subcrítica (RSE160 y RSE180), con contenidos fenólicos de 5,1 y 8,3 GAE/100 g de extracto, respectivamente. Ambos extractos presentaron actividad antioxidante y antimicrobiana, y contenían pequeñas cantidades de HMF (0,06-0,17%). Al incorporarlos al 6% en PHBV, generaron microporos y disminuyeron la estabilidad térmica y la flexibilidad, aunque mejoraron la barrera al oxígeno y a la radiación UV. La migración de fenoles y HMF fue superior en medios apolares, pero los niveles de HMF migrados fueron bajos y seguros.
Los films con 6% de FA, RSE160 y RSE180 fueron evaluados frente a Listeria innocua y Escherichia coli en distintas matrices alimentarias (calabaza, salmón, medio de cultivo). Los más efectivos fueron los formulados con FA y RSE180. Ambos se utilizaron para fabricar bolsas termosellables para carne de cerdo (5¿°C, 16 días), utilizando tiras de PCL para el sellado. Ambos prolongaron la vida útil de la carne en comparación con los films control, siendo el FA el más eficaz (>8 días).
Para mejorar el termosellado, se desarrollaron mezclas PHBV/PCL en proporciones 40:60, 50:50 y 60:40. Los films presentaron morfologías heterogéneas según la proporción, y el termosellado fue posible a 120¿°C. La mezcla 50:50 ofreció el mejor equilibrio entre propiedades mecánicas, de barrera y termosellabilidad, y se utilizó para formular films activos con FA y RSE180. Ambos compuestos modificaron la estructura, especialmente en la fase de PCL. El FA redujo la rigidez sin afectar la extensibilidad, mientras que RSE180 la disminuyó ligeramente. La permeabilidad al O¿ se mantuvo, pero aumentó la permeabilidad al vapor de agua y al limoneno. Ambos mejoraron la protección frente a radiación UV. La carne envasada con estas formulaciones mostró una vida útil prolongada (hasta 5 días más que el control).
Todos los materiales demostraron ser compostables, con una desintegración total en menos de 84 días. Los films con RSE180 se desintegraron más rápidamente, mientras que las mezclas sin activos lo hicieron más lentamente. El principal mecanismo de biodegradación fue la erosión superficial por acción enzimática del biofilm, junto con hidrólisis interna.
En conclusión, se desarrolló con éxito una nueva generación de envases biodegradables y activos basados en PHBV, capaces de proteger alimentos y prolongar su vida útil, al tiempo que promueven la economía circular. No obstante, aún persisten desafíos como el elevado coste y la necesidad de validación regulatoria para su uso comercial.
