Aceites esenciales para combatir microorganismos en envases biodegradables

Investigadores que han participado en este estudio: : Pedro Partal López, Inmaculada Martínez García e Isabel Diáñez Amores.

Investigadores del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Huelva han añadido aceites esenciales de clavo, canela y tomillo blanco a un plástico obtenido a partir de proteína de gluten de trigo para fabricar envases con propiedades antimicrobianas. Los expertos indican que estos materiales biodegradables pueden alargar la vida útil de los alimentos al reducir la proliferación de hongos y bacterias que se generan durante su almacenamiento. La investigación abre la puerta al desarrollo de plásticos obtenidos a partir de recursos renovables o bioplásticos ‘a la carta’, destinados al embalaje de todo tipo de productos.

Para el diseño de estos envases con actividad antimicrobiana se han necesitado dos componentes fundamentales: un polímero, en este caso, la proteína de gluten de trigo, y un biocida, es decir, una sustancia que neutraliza o disminuye el desarrollo de microrganismos nocivos para el hombre.

En esta investigación, los expertos onubenses han seleccionado ocho aceites esenciales derivados de plantas aromáticas que, tradicionalmente, se usan como conservantes naturales. Por ejemplo, tomillo rojo y blanco, limón, canela, clavo, menta, romero y bergamota, un tipo de cítrico presente en algunos tés.

A ellos, se suman dos principios activos extraídos de los aceites: cinamaldehído, de la canela, y carvacrol, del tomillo. “Queríamos comprobar si estas sustancias, aisladas, tenían mayor efecto que los propios aceites. El objetivo es elaborar bioplásticos, cien por cien naturales, como alternativa a los plásticos derivados del petróleo. Y con un valor añadido, en concreto, con propiedades antimicrobianas que alarguen la vida útil de los productos envasados”, explica a la Fundación Descubre la investigadora de este proyecto, Inmaculada Martínez García, de la Universidad de Huelva.

Atmósferas envolventes

Para evaluar la capacidad antimicrobiana de los aceites ante hongos y bacterias, los expertos realizaron dos estudios diferentes. En el primero, el bioplástico se puso en contacto directo con los microorganismos. “Se hace un cultivo de los diferentes microorganismos en una placa y, sobre éste, colocamos el bioplástico”, continúa la investigadora.

Bioplástico sin biocida (i) y con el antimicrobiano (d)

En la segunda prueba, el bioplástico se colocó sobre la tapa que cubre la placa de cultivo. De esta forma, se comprueba si se crea una atmósfera antimicrobiana sin necesidad de que el material roce el alimento.

Los resultados demostraron que seis de los diez biocidas cumplían su función. De ellos, los más potentes, tanto para hongos como para bacterias, son la canela, el clavo y el tomillo blanco, además del principio activo cinamaldehído. Por el contrario, los investigadores apenas encontraron actividad en los aceites de limón y romero.

Las sustancias más efectivas también mostraron su capacidad para formar atmósferas antimicrobianas. “El biocida es volátil, es decir, a temperatura ambiente, se evapora. Se va liberando, en el tiempo, del plástico. Hemos visto que este fenómeno se produce incluso cuando no hay contacto directo con el cultivo: el aceite liberado crearía una atmósfera, que protege el producto”, afirma Martínez García.

Absorción de líquidos

Además del estudio antimicrobiano, que se recoge en el artículo ‘Development of antimicrobial active packaging materials based on gluten proteins’, publicado en la revista, Journal of the Science of Food and Agriculture, los expertos evaluaron una serie de propiedades para comparar el nuevo material con los convencionales. “Un plástico de origen natural debe cumplir los mismos requisitos de viscosidad, elasticidad o resistencia, que otro derivado del petróleo. Estas propiedades varían en función del aceite esencial que se añada en la formulación”, argumenta la investigadora.

Uno de los requisitos más importantes es la reducción de la capacidad de absorción de agua de estos bioplásticos. Según los investigadores, un plástico sin aceite esencial retiene hasta un 90 por ciento de líquido, cantidad que han reducido al 50-55 por ciento con los agentes biocidas. “Los polímeros basados en proteínas se caracterizan por su capacidad para absorber gran cantidad de agua. Esta cualidad es muy positiva para fabricar materiales superabsorbentes. Pero para el envasado de alimentos, hay que reducir al máximo esa habilidad. Y lo hemos conseguido, en concreto, con los dos principios activos”, continúa.

Proceso de fabricación

Los expertos también analizaron las propiedades mecánicas para conocer, por ejemplo, el peso que puede soportar una bolsa de plástico que se fabricara con estos bioplásticos.

Bioplástico

Por último, estudiaron las características reológicas, que indican el comportamiento del material durante la fase de procesado. “El plástico se ha formulado con un concentrado de proteína de gluten de trigo que tiene el aspecto de un polvo; un plastificante, en este caso, glicerina, para dotar al material de flexibilidad; y el aceite biocida, en torno a un 10 por ciento en peso”, señala.

De la mezcla de estos elementos se obtiene una masa que se somete a un proceso para convertirse en plástico. En esta fase, denominada termoconformado, se le aplican presión y temperatura. “El estudio reológico nos dice cómo se comporta el material ante estas variables de presión y temperatura”, argumenta la investigadora del proyecto, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad.

Según los investigadores, la canela, el clavo y el tomillo blanco son los agentes biocidas que mejores propiedades mecánicas y reológicas han presentado.

A partir de estos resultados, los expertos trabajan en el diseño de nuevos bioplásticos ‘a la carta’ con dos objetivos. Por un lado, sustituir los actuales aceites esenciales por otros sin olor, para no alterar el sabor de los alimentos, o por nuevas sustancias como fertilizantes o fármacos. Y, por otro, mejorar el sistema de liberación del biocida mediante la incorporación de nanopartículas de materiales biodegradables.

Referencia: 

Diana Gómez-Heincke, Inmaculada Martínez, Pedro Partal, Antonio Guerrero, Críspulo Gallegos. ‘Development of antimicrobial active packaging materials based on gluten proteins’. An oenological study of how the protein content influences wine quality’. Journal of the Science of Food and Agriculture (2015). http://dx.doi.rog/10.1002/jsfa.7525

Imágenes: 

Investigadores que han participado en este estudio.

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Bioplástico sin biocida (i) y con el antimicrobiano (d)

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Bioplástico

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