INVESTIGACIÓN, DESARROLLO Y APLICACIONESDE NUEVOS MATERIALES EN

PROCESOS AGROINDUSTRIALES

Luis Fernando Osorio, Ph.D.

Importancia de los Empaques

▪ Los empaques son necesarios en todas las ramas de producción agroindustrial ya que todos los productos son empacados en algún tipo de material antes de ser distribuidos y consumidos.

Importancia de los Empaques

▪En la sociedad de hoy en día, los empaques juegan un papel crucial en la aceptación de nuestros productos. Los consumidores son primeramente atraídos por el empaque.

▪ Sin empaques el manejo demateriales sería sucio, ineficientey costoso. El mercado modernosería virtualmente imposible.

¿Qué es un Empaque?

▪ Es una técnica industrial y de mercadeo para identificar,contener, proteger y facilitar la distribución de un producto.

▪ Es un contenedor de productos, artículos o paquetes en una envoltura, bolsa, caja, vaso, azafate, lata, tubo, botella o algún otro contenedor que hace una o más de las funciones de un empaque (Instituto Internacional de Empaques).

Funciones de un Empaque

Proteger Contener Facilitar Comunicar

¿Problemas de los Empaques?

Problemas de los Empaques

▪Una de las principales aplicaciones del plástico en la industria de alimentos es como material para empaques.

▪Estos normalmente tienen un tiempo promedio de uso de meses, pero tardan decadas en descomponerse.

Problemas de los Empaques

▪Muchos empaques suelen estar diseñados para un solo uso,después del cual se convierten en un desecho. Economía lineal.

▪La demanda de empaques plasticos ha aumentado por la conveniencia y alza de consumo de alimentos preparados.

MATERIA PRIMA PRODUCIR CONSUMIR DESECHO

Problemas de los Empaques

▪Para 2015, la producción mundial de desperdicios plásticos alcanzó un total de 6.3 mil millones de toneladas métricas.

▪ Se estima que para 2050, la producción de desperdicios plásticossea de 12 mil millones de toneladas métricas.

Fuente: National Geographic (2017)

12%

Incineración

79%Acumulaciónen rellenos sanitarios

o a la intemperie

9%

Reciclaje

Posibles Soluciones

Posibles Soluciones

▪ Los consumidores son cada vez más conscientes de la importancia de empaques amigables con el ambiente.

▪De esto se derivan la innovación en nuevos materiales para empaques y en conceptos cuya aplicación mejoran la dinámica del ciclo de los empaques.

▪Por ejemplo, sistemas cerrados deconsumo que permitan reutilizarcontenedores para reducirimpactos ambientales.

MATERIA PRIMA

1. Cambios en Materiales

▪ La prohibición de plásticos podría reducir los desechos plásticos, pero esto podría incrementar indirectamente el desperdicio de alimentos.▪Empaques deficientes aumenta el

desperdicio de alimentos.▪Hay más carbono en el alimento que en

el empaque.▪ Sin el empaque adecuado, el carbono del

alimento se pierde (aumento en emisiones).▪El carbono emitido para la producción del alimento se

desperdició, pues el alimento no cumplió su propósito.

1. Cambios en Materiales

▪El vidrio y el metal normalmente son más fáciles de reciclar, pero tienen una mayor huella de carbono por la energía que requieren para producción y transporte.

▪ La reducción y recuperación de materiales son elementos clave en cuanto a empaques y sostenibilidad.

1. Cambios en Materiales

▪ Un empaque bien diseñado para desempeñar todas sus funciones puede hacer uso mínimo de materiales y tener una huella de carbono baja.

▪ Un empaque de varios materiales puede proteger un producto (de oxígeno, humedad, luz) mejor de lo haría la misma cantidad de un empaque mono material puro. Para lograr el mismo efecto solo con un material, este sería necesario en mayor cantidad.

2. Reducción de Materiales

▪Cambios en el diseño de empaques elaborados con materiales que ya existen pueden marcar una diferencia en el requerimiento de materias primas y así lograr una disminución de impacto ambiental.

3. Recuperación de Materiales

▪ La correcta selección y clasificación de materiales al momento de desecharlos hace posible el reciclaje.

▪ Inadecuada separación de materiales causa abuso en la capacidad de los espacios para disponer de los desechos que no se pueden reincorporar a un sistema de producción.

Recuperación de Materiales

▪Polyolefin Circular Economy PlatformMediante el desarrollo de guías y protocolos para evaluación basados en los principios de Economía Circular buscan innovar y estandarizar para incrementar la capacidad de reciclar empaques de polyolefinas.

▪ Styrenics Circular SolutionsDesarrollan tecnologías para reciclar poliestireno y poliestireno expandido e incorporarlos en sus aplicaciones originales.

Nuevos Materiales

Nuevos Materiales

▪ Bioplásticos: materiales derivados de productos vegetales(como maíz o soya).

▪ Plásticos degradables: materiales con aditivos que sufren cambios en su estructura química por condiciones ambientales(ASTM D883-99).

▪ Plásticos biodegradables: materiales que se pueden degradar por el efecto de microorganismos (ASTM D883-99).

Producción Mundial de Bioplásticos

1,174 1,182 1,192 1,202 1,2151,354

880 911 946 987 1,0331,086

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

2017 2018 2019 2020 2021 2022

Mile

s d

e to

nel

adas

Año

No Biodegradables Biodegradables

Adaptación de European Bioplastics, nova-Institute (2017)

1. Almidón Termoplástico

▪Polisacárido biodegradable que puede utilizarsepara crear materiales de empaque y cubertería.

▪ La materia prima se deriva de fuentes vegetalescon un alto contenido de almidón como maíz,papa o arroz.

2. Ácido Poliláctico (PLA)

▪Uno de los bioplásticos de mayor produccióna nivel mundial.

▪Derivado de la fermentación de fuentes renovables de biomasa, como almidónde maíz o caña de azúcar.

▪ Se biodegrada en dióxido de carbono y agua.

▪Tiene aplicaciones para empaques degrado alimenticio, formación de películase impresión 3D.

3. Fibras de Caña de Azúcar

▪Aprovechamiento de un subproducto de la producción de azúcar con propiedades similares a las del poliestireno.

▪Usado para hacer vasos desechables y recipientes de comida para llevar.

▪Biodegradable y compostable.

▪Resistente a agua, grasa y altas temperaturas (≈95 °C).

▪Buen aislante térmico, apto para uso en congelación y uso en microondas.

4.Materiales Derivados de Hongos

▪ Scoby, producto de la fermentación de azúcares que resulta en una membrana multicapas, insoluble en agua, barrera al oxígeno, comestible y compostable.

▪Ecocradle®, material biodegradable elaborado a partir de desperdicios de cultivos y micelas de hongos con potencial para sustituir materiales como el poliestireno expandido.

Importancia de la Academia enInvestigación y Desarrollo

1. Bioplástico con Acción Antifúngica contra Alternatia alternata

▪Biopolímero a base de almidones de maíz y yuca, glicerol y orégano en polvo.

▪El orégano proporciona propiedades funcionales (control de alternaria), resultando en un empaque activo.▪En los bioplásticos con un mayor

contenido de orégano (con un 6% como máximo) se observó unamayor inhibición de esporas in vitro.

Cesar, A., L. Osorio y L. Maldonado (2018)

Bioplástico con Acción Antifúngica contra Alternatia alternata

▪ Las propiedades antifúngicas in vitro del bioplástico demuestran su potencial para su aplicación como recubrimiento en frutas y así reducir el daño por hongos.

Cesar, A., L. Osorio y L. Maldonado (2018)

2. Materiales Biodegradables incorporando Bagazo de Yuca▪Propuestas de materiales elaborados mediante inyección

termoplástica a partir de bagazo de yuca, glicerol y biopolímeros:▪Poli Butilen Adipato-co-Tereftalato (PBAT).

▪Ácido Poliláctico (PLA).

Arias Peralta, B.D., L. Osorio, L. Maldonado y F. Yamashita (2019)

Materiales Biodegradables incorporando Bagazo de Yuca

Arias Peralta, B.D., L. Osorio, L. Maldonado y F. Yamashita (2019)

Pesado y Mezclado

Extrusión

Peletización Inyección

3. Bandejas Biodegradables con Residuos de Lechuga

▪Material elaborado mediante termoprensado a partir de almidón de maíz, polvo de lechuga (obtenido del secado de desechos poscosecha), quitosano y colorante grado alimenticio.

▪El material obtenido tuvo una mayor fuerza deperforación que el poliestireno expandido.

▪El material presentó características deabsorción de agua desfavorables, causandola migración de pigmento de la bandejaa alimentos con un alto contenidode humedad.

Salmeron Herrera, F.I., J. Cardona, L. Boully y L. Maldonado (2019)

Bandejas Biodegradables con Residuos de Lechuga

▪Efecto del tiempo en la migración del pigmento de las bandejas a vegetales mínimamente procesados:

Salmeron Herrera, F.I., J. Cardona, L. Boully y L. Maldonado (2019)

Día 2 Día 4 Día 6 Día 8 Día 10 Día 12

Bandejas Biodegradables con Residuos de Lechuga

▪Migración del pigmento de las bandejas a vegetales mínimamente procesados:

▪Oportunidad de mejora: no usar el colorante o recubrir el material con alguna goma para evitar la migración de pigmentos y agua.

Salmeron Herrera, F.I., J. Cardona, L. Boully y L. Maldonado (2019)

Bandejas Biodegradables con Residuos de Lechuga

Salmeron Herrera, F.I., J. Cardona, L. Boully y L. Maldonado (2019)

Corte transversalde una bandeja (Ampliación 3X).

Presencia de macro invertebrados encontrados en la matriz del material evaluado a los 30 días

de degradación en compostaje.

“La clave para entender el futuro está en una palabra: sostenibilidad.”

Patrick Dixon