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Nuevos materiales

Plástico vegetal

Elaboran envases y otros productos de uso agrícola a base de maíz, mandioca y fibras

EDUARDO CESARLa cobertura para las frutas y hortalizasEDUARDO CESAR

El almidón, una materia prima extraída de distintas fuentes vegetales con diversas posibilidades de modificación química y física, es un polisacárido que puede transformarse en un biopolímero prometedor para el desarrollo de envases biodegradables, filmes plásticos y otros productos de uso en la agricultura. En la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), interior paulista, se desarrolló un nuevo material que se utilizará en la fabricación de pequeños tubos usados para colocar plantines de reforestación y otras aplicaciones con base en un plástico biodegradable elaborado con almidón de maíz y residuos vegetales tales como fibra de coco, aserrín y cáscara de mandioca. El resultado es un plástico rígido que se degrada en seis meses cuando se lo entierra en el suelo.

El proyecto surgió a partir de la necesidad de la empresa Corn Products Brasil de ampliar las aplicaciones de un plástico biodegradable conocido como Ecobras, que ya se encuentra en el mercado, desarrollado en asociación con Basf. El Ecobras es un plástico flexible empleado en la fabricación de bolsas de supermercado, por ejemplo, que contiene en su formulación una mezcla de almidón de maíz y una resina polimérica termoplástica cuyo nombre es Ecoflex, obtenida por Basf a partir de una fuente petroquímica. “La mezcla de un 51% de masa de almidón de maíz en el Ecoflex resultó en el producto Ecobras, un plástico flexible biodegradable”, dice el profesor Elias Hage Júnior, docente del Departamento de Ingeniería de Materiales de la UFSCar, coordinador del proyecto que resultó en un tercer compuesto, el plástico biodegradable rígido. “La adición de la cáscara de mandioca al Ecobras le confiere rigidez al material, mientras que la fibra de coco le ofrece mayor resistencia mecánica, lo que hace que el plástico sea menos susceptible a la rotura”, dice Hage Júnior.

Los ensayos de biodegradación del material se llevaron a cabo en una especie de acuario en el cual cuerpos de prueba se entierran en el suelo y periódicamente se retiran para su análisis. “Verificamos que los cuerpos de prueba elaborados con el plástico Ecobras en asociación con la cáscara de yuca y la fibra de coco desaparecieron completamente en seis meses”, informa Hage Júnior. Es decir, si el material es utilizado para hacer recipientes como los utilizados para el cultivo de plantines de reforestación, podrá enterrárselo junto con el plantín en el suelo y se biodegradará mientras que la planta crece.

Plástico rígido
Los pequeños recipientes de plástico convencional como el polipropileno no pueden reutilizarse, principalmente en los casos de cultivos a gran escala, porque si estuvieran contaminados con hongos y bacterias, las enfermedades probablemente serían transmitidas a la próxima generación de plantas. El proyecto, que se inició en 2008 como una prestación de servicios de la UFSCar, terminó en 2009. La primera fase de la investigación, que resultó en el plástico biodegradable rígido, culminó y se le transfirió a la empresa. En la universidad, las investigaciones siguen en busca de nuevas formas de aplicaciones para ese film bioplástico. Entre éstas se encuentran la incorporación de sustancias, que puedan interactuar con los alimentos, por ejemplo.

En la Universidad Estadual de Londrina (UEL), Paraná, investigadores desarrollaron una formulación compuesta por un  80% de almidón de mandioca y un 20% de fibra de caña de azúcar destinada a la fabricación de bandejas para productos secos, tales como panes, frutas y verduras. “Es un producto con buenas propiedades mecánicas, biodegradable y de bajo costo de fabricación”, dice la profesora Suzana Mali de Oliveira, del Departamento de Bioquímica y Biotecnología de la UEL, quien coordina el proyecto de investigación dedicado al desarrollo de bandejas biodegradables. Hace 10 años, el foco del grupo de investigación de la UEL era tan sólo el almidón de mandioca, pero desde hace cuatro años empezaron a mezclarlo con fibras. La incorporación de fibras como el bagazo de la caña dio origen a un material rígido y de baja densidad, que presenta un aspecto similar al del poliestireno expandido y puede ser moldeado por termoformación. Pero su uso por ahora se restringe a productos secos, pues la humedad puede degradar el envase.

GRUPO DE FILMES BIODEGRADÁVEIS / UELLas películas hechas con almidón de yucaGRUPO DE FILMES BIODEGRADÁVEIS / UEL

Otra vertiente de las investigaciones lideradas por Suzana aborda el desarrollo de bandejas para alimentos elaboradas con almidón de mandioca y reforzadas con nanocompósitos. “Hemos usado nanoarcillas, que son polvos producidos por la descomposición de cenizas volcánicas, en una concentración entre un 2,5% y un 5%, mezclados con fibras vegetales”, dice la investigadora, que está probando varias formulaciones con diferentes concentraciones. El tiempo que el material permanece en el ambiente varía de acuerdo con las condiciones. “Cuando se los sometió a una humedad bastante alta, algunos materiales se degradaron completamente en 45 días”, dice la investigadora. El proyecto, intitulado Aplicación de nanocompósitos en el desarrollo de envases biodegradables de alimentos, forma parte del pliego Jóvenes Investigadores en Nanotecnología, emitido por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq).

El almidón de yuca también entra en la composición de filmes plásticos biodegradables desarrollados por el grupo de investigación coordinado por la profesora Maria Victoria Eiras Grossmann, del Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos de la UEL, que pueden usarse para acondicionar plantines, proteger frutas en el campo o incluso como cobertura del suelo para el cultivo de hortalizas y frutas. Para mejorar las propiedades mecánicas de los filmes, los investigadores utilizan glicerol – una sustancia resultante del proceso de producción de biodiesel – en un porcentaje que va del 5% al 30%. “El glicerol funciona como un plastificante que deja el material menos rígido”, dice el profesor Fabio Yamashita, quien participa en el grupo de investigación. Más conocido con el nombre comercial de glicerina, el glicerol puede extraerse tanto de aceites vegetales como de derivados de petróleo. “Estamos probando gliceroles de la industria de biodiesel con diversos grados de pureza para evaluar el desempeño de cada uno”, dice Yamashita. “Queremos saber si el grado de pureza influye o no en las propiedades mecánicas y de barrera al vapor de agua y gases de los filmes.”

Respiración controlada
Los filmes plásticos biodegradables se obtienen mediante el proceso de extrusión, el mismo que se emplea en la producción de envases sintéticos convencionales elaborados en polietileno, polipropileno y otros derivados de petróleo. “Nuestro trabajo consiste en hacer blendas de almidón y Ecoflex con algunos aditivos y compatibilizadores destinados mejorar las propiedades mecánicas y de barrera”, explica Yamashita. Los filmes con permeabilidad selectiva a los gases, por ejemplo, pueden usarse para controlar la respiración de frutas y hortalizas, y así funcionan como un embalaje de atmósfera modificada. O para producir bolsitas que para envolver las frutas en el campo, que funcionan como protección contra el ataque de plagas. Ensayos realizados con guayabas mostraron que las frutas se desarrollaron muy bien envueltas en embalajes elaborados con filmes biodegradables. Los ensayos también comprendieron el cultivo de plantines de plantas medicinales en envases elaborados con el plástico de almidón de mandioca, Ecoflex y glicerol. Resistieron en promedio 120 días. “La gran ventaja de este material es que, por ser biodegradable, no es necesario sacar el plantín del embalaje para trasplantarlo al suelo, cosa que, dependiendo del tipo de planta, termina dañando a las raíces”, dice Yamashita.

Cuando se lo emplea como cobertura de suelo, el film se usa para proteger hortalizas, frutos y flores del contacto directo con la tierra. Además evita el desarrollo de malezas que compiten con la producción.

Actualmente los agricultores usan con ese objetivo una cobertura plástica, también conocida como mulch. La mezcla de almidón, Ecoflex y glicerol varía de acuerdo con el tipo de aplicación. “En la cobertura de suelo para las fresas trabajamos con formulaciones que varían de un 30% a un 70% de almidón termoplástico”, dice Yamashita. Los mejores resultados se obtuvieron con la mezcla de un 30% de almidón termoplástico. La vida útil del material depende de la aplicación. En la plantación de fresas, la cobertura de suelo entró en proceso de degradación al cabo de tres meses.

Una nueva línea de investigación de bioplástico empezó a desarrollarse recientemente en la UEL con el poli (ácido láctico), un polímero biodegradable también llamado PLA. “El objetivo es el desarrollo de un PLA formulado con hasta un 70% de almidón de mandioca, glicerol y compatibilizadores, para la producción de filmes para diversos tipos de embalajes”, dice Yamashita. La empresa Novamont, de Italia, ya produce filmes de almidón de maíz, papa y trigo industrialmente con el nombre comercial de Mater-Bi. Pero los detalles de la formulación constituyen un celosamente guardado secreto industrial. La empresa anuncia que el producto, en forma de gránulos, puede utilizarse en la fabricación de bolsas de residuos y otras aplicaciones, tales como botellas, platos y cubiertos, o en la fabricación de juguetes.

Artículos científicos
MALI, S.; DEBIAGI, F. et al. Starch, sugarcane bagasse fibre, and polyvinyl alcohol effects extruded  foam properties: A mixture design approach. Industrial Crops and Products. v. 32, p. 353-59. 2010.
MALI, S.; SAKANAKA, L.S. et al. Water sorption and mechanical properties of cassava starch films and their relation to plasticizing effect. Carbohydrate Polymers. v. 60, p. 283-89. 2005.
BRANDELERO, R.P.H.; YAMASHITA, F.; GROSSMANN, M.V.E.. The effect of surfactant Tween 80 on the hydrophilicity, water vapor permeation, and the mechanical properties of cassava starch and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) blend films. Carbohydrate Polymers. v. 82, p. 1.102-09. 2010.

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