Tecnología de Alimentos, UPNA

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1 VI PANRÁMICA ACTUAL DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Películas Comestibles y Biodegradables: portunidades y Usos Juan Ignacio Maté Caballero Departamento de Tecnología de Alimentos Universidad Pública de Navarra juan.mate@unavarra.es Tecnología de Alimentos, UPNA Dep. de Tecnología de Alimentos Grupo de Investigación ALITEC Enología Frutas y verduras 4ª gama Modelización y optimización Desarrollo y aplicación de Recubrimientos Comestibles 1

2 Películas Comestibles y Biodegradables Introducción Materiales y Usos Investigación en la Universidad Pública de Navarra Película o Recubrimiento Comestible Capa continua de material comestible Recubrimiento o Coating: Capa formada sobre la superficie de del alimento Película o Film: Capa formada previamente a su aplicación sobre el alimento UTILIDAD EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA? Mejora la calidad de los alimentos Mejora el envase de los alimentos 2

3 Recubrimientos sobre la Calidad de los Alimentos Barrera a la transferencia de materia Control de migraciones Gases, lípidos, aromas, vapor de agua Entre el alimento y el medio ambiente Entre distintos alimentos 2, C2 H2 Food Aromas, lípidos Recubrimientos sobre la Calidad de los Alimentos Control condiciones superficiales ph, agentes antifúngicos, antioxidantes Difusión controlada de aditivos Aditivo sobre alimento Food Tiempo Aditivo en recubrimiento Food Tiempo 3

4 Recubrimientos sobre la Calidad de los Alimentos Manejo de los alimentos Integridad Física Mejora de las propiedades mecánicas Mejora de la apariencia Brillo, color, sal, azúcar Recubrimientos sobre el Envase Alimentario Potencia la simplificación del envase Envase más económico y más reciclable Protección después de abrir el envase Sin recubrimiento Con recubrimiento Food Food Film multicapa Film monocapa 4

5 Películas biodegradables Una película biodegradable es una capa continua de material biodegradable Interés? Plásticos grave problema medio ambiental >25% volumen de residuos sólidos son plásticos Fuente no renovable Búsqueda de alternativa biodegradable Desarrollo de microorganismos para plásticos Desarrollo de biopolímeros para microorganismos Biodegradación Polímero DEPLIMERIZACIÓN Velocidad de Biodegradación? MINERALIZACIN C 2 H 2 CH 4 5

6 Formación de las Películas Condiciones de dispersión Dispersión Macromolécula + Aditivos Tg, Tf, Th Termo-moldeado Evaporación del solvente FILMS Condiciones de moldeado Propiedades Funcionales Películas Comestibles y Biodegradables Introducción Materiales y Usos Investigación en la Universidad Pública de Navarra 6

7 Materiales para Películas Comestibles o Biodegradables Hidratos de carbono Proteínas Poliésteres microbianos Polímeros sintéticos biodegradables Hidratos de carbono PLANTAS Celulosa y derivados Almidón y derivados Pectinas Gomas ALGAS Alginatos Carragenatos Quitosano CRUSTÁCES Pullulan Levan Elsinan Gomas MICRBIS 7

8 Polímeros derivados de la celulosa Celofán CH 2 CH 2 n Acetato de celulosa Éteres de celulosa (MC, HPC, HPMC) Características polímeros derivados de la celulosa Celofán Acetato de Celulosa Éteres de Celulosa Biod./Comes. Biodegradable Biodegradable Comestible Preparación Dispersión Extrusión Dispersión Propiedades mecánicas Buenas Moderadas Buenas Barrera 2 Buena Pobre Moderada Solubilidad H2 Insoluble Insoluble Soluble 8

9 Aplicaciones del celofán Caramelos Panadería Productos cárnicos Aplicaciones de Films de Éteres de Celulosa Recubrimientos sobre frituras Barrera al oxígeno (en láminas de almendra) Bolsas solubles de aditivos Control de respiración en frutas y verduras 9

10 Almidón Polímero de reserva del reino vegetal Hidrocoloide más utilizado en la industria alimentaria Almidón industrial de cereales o tubérculos (maíz, patata, tapioca, arroz, trigo) Estructura del Almidón CH 2 CH 2 Amilosa CH 2 CH 2 CH 2 Amilopectina 10

11 Films de almidón Incoloros, insaboros, transparentes, comestibles Termoplástico Fuertes y baja permeabilidad al oxígeno Soluble en agua Retrogradación Más permeables y frágiles Depende de T, contenido de plastificantes y de amilosa Almidón como recubrimiento comestible Almidones principales Almidón con alto contenido en amilosa Almidón hidroxipropilado Aplicaciones principales Reducir la migración de lípidos Barrera al oxígeno Agente adhesivo (dextrinas) Proporcionar brillo 11

12 Aplicaciones de almidón termoplástico biodegradable Chips de relleno para embalaje 25% del mercado americano Sólidos plásticos Cubiertos, bandejas Films flexibles Para compost Quitosano Polímero procedente de la desacetilación de la quitina del caparazón de los crustáceos Hidrato de carbono policatiónico Propiedades antimicrobianas, emulgentes, nutracéuticas, antipardeantes * H H NH 2 NHCCH 3 H NH 2 * n 12

13 Aplicaciones de films de quitosano Film antimicrobiano Frutas y verduras Filetes de pescado Productos cárnicos Semillas Film antipardeamiento Frutas y verduras mínimamente procesadas Proteínas Proteína vegetal Zeína de maíz Gluten de trigo Proteína de soja Proteína animal Colágeno y gelatina Proteínas de la leche Caseínas Proteínas de suero 13

14 Colágeno Proteína del tejido conectivo Films de colágeno No termoplástico Fuertes, hidrófilos (insolubles) Baja permeabilidad al oxígeno (HR) Cross-linking Gelatina: colágeno parcialmente hidrolizado Colágeno Envoltura de productos cárnicos 14

15 Aplicaciones de Gelatina Separar componentes en sistemas alimentarios Agente encapsulante de pastillas e ingredientes Zeína Fracción proteica del gluten de maíz soluble en alcohol Films Dispersión en solución alcohólica Termoplástico Insolubles en agua (sensibles a HR) Fuertes pero poco flexibles (plastificantes) Baja Permeabilidad 15

16 Aplicaciones de Zeína Pastillas o caramelos Adición de antioxidantes (nueces) Adición de vitaminas (arroz) Control de respiración (frutas) Vasos de papel Adición de agentes antimicrobianos Polímeros microbianos Poliésteres de reserva Conocimiento de rutas metabólicas Proceso de extracción caro CH 3 CH 3 - -CH -CH 2 -C - Poli-3-Hidroxibutirato (PHB) CH 2 - -CH -CH 2 -C - Poli-3-Hidroxivalerato (PHV) 16

17 Copolímero PHB-HV Ratio HB:HV dependiente de condiciones de crecimiento microbiano Propiedades mecánicas entre PE y PP Hidrófobo, termoplástico Peor barrera al oxígeno que proteínas o hidratos de carbono, menos sensible a HR Alto coste Usos: films, botellas, cubiertos, bandejas, Polímeros sintéticos biodegradables: Poli-ácido láctico (PLA) Lactobacillus H Catálisis Glucosa CH 3 -C -C- Ácido Láctico H --C-C- CH 3 PLA n 17

18 Films de PLA Características Termoplástico Biodegradable Insoluble Buena resistencia a grasas y aceites Prop. mecánicas entre PS y el PET Aplicaciones Medicina (implantes) Cubiertos, bandejas, bolsas de compost Recubrimientos de papel Envasado de alimentos (flexibles y rígidos) Características de materiales para films comestibles o biodegradables Barrera H2 Barrera 2 Propiedades mecánicas Coste Polsacáridos Pobre Buena Moderadasbuenas Bajo Proteínas Pobre Buena Moderadasbuenas Moderado Poliésteres microbianos Buena Moderado Buenas Alto Polímeros sint. Biodeg. Buena Moderado Buenas Alto 18

19 Línea de investigación de recubrimientos comestibles en la UPNA Investigación básica Investigación aplicada Investigación aplicada Recubrimientos como barrera al oxígeno sobre cacahuetes tostados Recubrimientos antifúngicos sobre semillas de alcachofas Recubrimientos antimicrobianos sobre pechuga de pollo 19

20 VI PANRÁMICA ACTUAL DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Películas Comestibles y Biodegradables: portunidades y Usos Juan Ignacio Maté Caballero Departamento de Tecnología de Alimentos Universidad Pública de Navarra juan.mate@unavarra.es 20