Películas con alto poder antimicrobiano: Fundamentos, principales componentes extraídos de subproductos agroindustriales, y aplicaciones

Films with high antimicrobial power: Fundamentals, Main components extracted from agro-industrial by-products, and applications

Giancarlo Cueva-Gordillo1

1  Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Nacional de Trujillo. Av. Juan Pablo II s/n, Ciudad Universitaria, Trujillo, Perú.

ORCID de los autores:

G. Cueva https://orcid.org/0009-0002-6486-2489

RESUMEN

En los últimos años, la industria del envasado ha comenzado a tomar conciencia sobre el impacto ambiental de los materiales utilizados en sus productos. El creciente interés de los consumidores por opciones más ecológicas ha llevado a la industria a enfocarse en la investigación y el desarrollo de alternativas que no solo sean más sostenibles, sino que mantengan y mejoren las características del producto, garantizando una mayor duración y seguridad alimentaria.

Este artículo explora cómo algunos residuos biológicos provenientes de la cadena agrícola y agroindustrial, combinados con agentes antimicrobianos pueden ser aprovechados para crear empaques biodegradables, activos e inteligentes. Estos empaques no solo mejoran la calidad de los alimentos, sino que también ofrecen propiedades de barrera que ayudan a preservar su inocuidad hasta llegar al consumidor final.

ABSTRACT

1. Introducción

Desde su origen, los plásticos derivados de recursos petroquímicos han ido penetrando diversas industrias y las rutinas diarias de las personas en todo el mundo. Sin embargo, este avance ha traído consigo un significativo desafío ambiental, ya que, tras su breve vida útil, solo una pequeña fracción, el 14 %, se recicla (Palechor-Trochez et al., 2021). Las perspectivas para el futuro próximo son sombrías, se estima que para el año 2050, la cantidad de plásticos en los océanos superará la población de peces, mientras tanto, la demanda mundial de estos materiales continuará aumentando hasta alcanzar las 1321 millones de toneladas métricas para el año 2060 (Barboza et al., 2024). A nivel de Latinoamérica, el consumo per cápita de los plásticos han pasado de 7 kg a más de 30 kg en 40 años, considerando que México, Chile, Brasil y Argentina consumen aproximadamente 50 kg al año (Zapata et al., 2023).

Por otra parte, el empleo de plásticos en el envasado de alimentos conlleva consecuencias negativas para los consumidores, ya que ingieren microplásticos que pueden ocasionar trastornos gastrointestinales, cambios metabólicos, daños en el ADN y estrés oxidativo (Shruti & Kutralam-Muniasamy, 2024).

Ante el problema de la lenta descomposición de los plásticos, los envases biodegradables surgen como una alternativa en la industria gracias a su facilidad de descomposición y las propiedades de barrera favoreciendo así, la conservación de los alimentos (Fatima et al., 2024). Es aquí donde los polímeros obtenidos de fuentes renovables junto con proteínas y lípidos se unen para formar películas y recubrimientos (Isabel et al., 2017). Entre  los polisacáridos usados para la formulación de las películas biodegradables se encuentran la celulosa y derivados, quitosano, pectinas de bajo y alto metoxilo, extractos de algas; proteínas como gelatina, caseína, soja, maní; y por lípidos, las ceras vegetales o aceite esencial de plantas (Mederos-Torres et al., 2020). Muchos de estos recursos se encuentran como desechos o merma de la cadena hortofrutícola, solo en Latinoamérica se desperdician 127 millones de toneladas de alimentos anualmente, más del 50 % responden a frutas y hortalizas; lo mismo sucede con los desechos acuícolas (Palma et al., 2021). Sin embargo, para que los empaques biodegradables puedan reemplazar a los plásticos, también deben cumplir funciones técnicas como protección mecánica, contra la luz y humedad, tener ciertas propiedades permeables; así como también, tener una acción de barrera contra microorganismos (Ceylan & Atasoy, 2023).

Para mejorar las propiedades antimicrobianas y capacidad antioxidante de los empaques biodegradables se suele reforzar con agentes orgánicos como propóleo, chaco y glicerol (Castañón Vilca et al., 2023), aceites esenciales y extractos de plantas (Akrami et al., 2023), gelatina de pescado y quitosano (Zhao et al., 2022) o agentes inorgánicos como las nanopartículas metálicas (Rout & Pradhan, 2024).

Estos envases biodegradables también pueden ser comestibles, tienen un sinfín de aplicaciones en diversos alimentos según los recursos utilizados. Por ejemplo, en lácteos, se protege del S. aureus y L. monocytogenes al queso partiendo de nanopartículas de quitosano y aceite de moringa (Lin et al., 2019); en frutas, evitando la pérdida de agua, reduciendo la actividad enzimática de la polifenol oxidasa y mejorando el flavor (Mousavi et al., 2021); en pescados, mediante el electro hilado evitando el deterioro de músculo y prolongando la vida útil (Song et al., 2022); en cáscaras de embutidos, mejorando propiedades mecánicas a través del colágeno (Suurs & Barbut, 2020), en carnes, reduciendo la oxidación de las grasas a través de películas con alginato de chía (Golpaigani et al., 2023); entre otras.

Por lo mencionado, este estudio tiene como objetivo revalorizar los residuos agroindustriales de diferentes orígenes para ser utilizados como empaques en la misma industria, de esta manera, mantener y reforzar las propiedades de los alimentos que se dispone a toda la población mundial, sobre todo, dando un énfasis en la inocuidad alimentaria.

2. Fundamentos en la elaboración de películas

Para la elaboración de películas se requiere de tres componentes fundamentales (Figura 1): biopolímeros que constituyen la estructura, plastificantes que proporcionan elasticidad, y aditivos que mejoran sus propiedades (Sharma & Pathania, 2022).

Estos componentes también pueden clasificarse según su origen y procesamiento en varias categorías: los obtenidos de biomasa o fuentes naturales como polisacáridos, lípidos y proteínas; los derivados de microorganismos o modificaciones genéticas, como la celulosa bacteriana y el polihidroxibutirato (PHB); y los que provienen de estructuras monoméricas biológicas, como el alcohol polivinílico (PVA) (Trajkovska Petkoska et al., 2021).

Figura 1. Elementos para la formación de películas.

3. Componentes extraídos de residuos agroindustriales como materia prima

La elaboración de películas biodegradables surge como alternativa ante las grandes cantidades de desechos de las industrias agrícolas y agroin-dustriales (Braun et al., 2022). Estos desechos son producidos luego de la cosecha o elaboración de productos cárnicos; raíces, tubérculos y semillas  representan el 25%, frutas y verduras el

21%, carnes el 12% y cereales el 8%  (Arun et al., 2020). La importancia de su uso se ve reflejado en la posible extracción de colágeno, enzimas, proteínas, gelatinas, quitina, ácidos grasos, glicerol, celulosa y lignina (Tsang et al., 2019).  

En la (Figura 2) se observan los componentes extraíbles de algunos residuos de la cadena agrícola y agroindustrial.

Figura 2. Componentes de residuos agroindustriales para la formación de películas.

4. Agentes antimicrobianos

Parte de los aditivos en la formulación de películas se encuentran los extractos de plantas con antioxidantes naturales como los flavonoides y antocianinas (Munteanu & Vasile, 2019). Además, se han realizado investigaciones en las que se añaden aceites esenciales para aumentar la seguridad alimentaria, prolongar la vida útil del producto al eliminar ciertos microorganismos patógenos, y hacerlo comestible al agregarle sabor (Gavahian et al., 2020). A su vez, los microorganismos, como las bacterias ácido-lácticas pueden evitar el crecimiento de agentes

patógenos en las películas como envases de alimentos (Siracusa et al., 2020).

Por otro lado, también hay agentes antimicro-bianos sintéticos, como las nanopartículas metálicas. Su actividad de barrera antimicrobiana se basa en interrumpir la transferencia de electrones a través de la membrana, penetrar la envoltura celular y oxidar componentes celulares (Mohammad et al., 2022).

En la (Tabla 1) se muestran algunos agentes que se añadieron o mezclaron para formar películas y su efecto en ciertos productos.

Tabla 1

Agentes o aditivos antimicrobianos en películas

5. Aplicaciones

Las películas podrían funcionar como un posible sistema de envasado en distinto tipo de alimentos, entre ellos: carnes, frutos secos, panes, frutas y verduras, confitería y cereales. En la (Tabla 2) se observan algunos ejemplos de aplicaciones en alimentos.

6. Retos

El desarrollo de los materiales de embalaje comestibles y biopolímeros significa un gran avance para la innovación de la industria alimen-taria en cuanto a la mejora de la calidad de los productos y la preservación del medio ambiente. Se observa en la (Figura 3) cómo términos relacionados a propiedades antimicrobianas van tomando mayor relevancia con el tiempo, siendo uno de los principales el quitosano como agente potencial para aportar propiedades con este fin buscado.

Sin embargo, a pesar de que la elaboración de las películas puede parecer baratos por los insumos que se utilizan producto de los desechos de la industria agroindustrial, aun es un gran problema el escalamiento a grandes volúmenes de producción de las películas. Esto puede deberse a los distintos aditivos y propiedades activas e inteligentes que se les quiere añadir, sin embargo, se debe encontrar un equilibrio para que finalmente las películas elaboradas a base de desperdicios industriales puedan ser el verdadero reemplazo de los plásticos.

Tabla 2

Ejemplos de aplicaciones de las películas en alimentos

Figura 3. Tendencias en la elaboración de películas antimicrobianas.

7. Conclusiones

La industria del embalaje se va transformando por el contexto medioambiental en el que vivimos, tal vez no se pueda enterrar en su totalidad el uso de polímeros derivados de recursos fósiles, sin embargo, las alternativas a este problema ya se encuentran en constante tendencia de creci-miento. En este sentido también se puede rescatar residuos excretados de la producción agrícola y agroindustrial como celulosa, almidón, quitosano, entre otras y añadir agentes antimicrobianos como aceites esenciales o nanopartículas metálicas para enriquecer las mezclas y mejorar las propiedades de barrera antimicrobiana de un alimento. El proceso de esta industria aun está en crecimiento y requiere mayor investigación para que en un futuro se mejoren las características técnicas y bajar el coste producción.

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