"Desarrollo de material de empaque comestible/biodegradable a partir de cáscara de tuna"

Estudiantil

Universidad Autónoma de Chihuahua. Facultad de Ciencias Químicas

Correo Electrónico: jgaby_09@hotmail.com, iq.gabrielahdez@yahoo.com.mx,avalde@uach.mx,hmujica@uach.mx

Las películas biodegradables se ven como una alternativa para reducir los desechos de empaques de polímeros sintéticos. El objetivo de este estudio fue desarrollar películas biodegradables a base de cáscara de tuna y caracterizarlas en cuanto a sus propiedades físicas, mecánicas y térmicas. Se prepararon ocho soluciones filmógenas mezclando pura base de cáscara de tuna (10g) con agua (50 g), etanol (50 g), pectina (1 g) y glicerol (1 g). Se agrega cera de abeja (0.5 g) a cuatro de estas soluciones. Las soluciones filmógenas se calentaron hasta 80 C por 15 minutos, con agitación constante. Luego se enfriaron a 65 C y se vaciaron en placas de acrílico previamente niveladas. Se dejaron secar por 12 horas a 22.3 1.9 C y 30% HR, antes de removerlas de las placas. El espesor de las películas se midió con un micrómetro digital (Mitutoyo, CD-6 CS). Con las dimensiones de las películas y su peso, se calcula su densidad. Se utiliza un colorímetro (MiniScan XE Plus) para medir los parámetros de color L*a*b*, ?E y transparencia de las películas. Las pruebas de puncin y de estirabilidad se realizaron con un texturómetro TAXT-Plus, usando como punta de prueba una aguja (2 mm de diámetro) y una esfera (2 cm de diámetro), respectivamente. La conductividad térmica (k) y la difusividad térmica (a) se midieron con un analizador de propiedades térmicas (Decagon, KD2), y el calor específico se determina por calorimetría diferencial de barrido (NETZSCH Mod. DSC 200 PC Phox). También se evalúa la permeabilidad al vapor de agua, termosellabilidad e imprimibilidad de las películas. Se determinó que las propiedades físicas, mecánicas y térmicas de las películas desarrolladas dependen de su composición y condiciones de proceso. Las películas desarrolladas en esta investigación fueron flexibles, transparentes, resistentes, termosellables e imprimibles. Los polímeros naturales y aditivos utilizados para fabricar estas películas aseguran su biodegradabilidad y compatibilidad ambiental. Las películas que se obtuvieron de cáscara de tuna tienen una aplicación potencial como material de empaque.

Desarrollar una película biodegradable/comestible a partir de cáscara de tuna, evaluar sus propiedades físicas (espesor, densidad, color), mecánicas (fuerza de estirabilidad y de punción), térmicas (conductividad, difusividad, capacidad calorífica y temperatura de transición de fase), de permeación al vapor de agua y determinar si es termosellable e imprimible.

La tuna es el fruto del nopal (Opuntia sp.) que pertenece a la familia de las cactáceas. Es una fruta muy abundante en México, ya que el nopal crece en zonas áridas y semiáridas y estas áreas representan la mayor parte del territorio nacional (Majdoub et al., 2001; Ramadan & Mörsel, 2003; IMAC, 2008).
Además de consumirse como fruta fresca, la tuna se utiliza para fabricar muchos productos en las industrias de alimentos, de cosméticos y farmacéuticas (Del-Valle et al., 2005). La cáscara de la tuna, que es un desecho de estas industrias, representa aproximadamente el 40% de la fruta. Está compuesta en promedio por 2.43% de lípidos, 8.30% de proteínas, 7.12% de almidón, y 27.6% de carbohidratos solubles en etanol (Ramadan & Mörsel, 2003). Además el mucílago de tuna, contiene residuos de D-galactosa, D-xilosa, L-arabinosa, L-ramnosa y ácido D-galacturónico (Majdoub et al., 2001; Del-Valle et al., 2005).

1. 2.1 Elaboración de las películas a base de cáscara de tuna.
2. Las tunas se adquirieron en la central de abasto de la ciudad de Chihuahua. Se seleccionaron frutos de tamaño y apariencia uniforme y sin daños.
3. La cáscara picada en cuadros (1 cm2) se separó en dos lotes. Uno de ellos se calentó en un horno de microondas por 30 segundos. Luego se molió la cáscara de ambos lotes por separado durante 8 minutos, con una batidora de barilla (Moulinex click & mix 600). El puré resultante de cada lote se pasó por un colador metálico (malla de 1.5 mm) y enseguida por uno de plástico (malla de 0.8 mm). Enseguida se utilizó un homogenizador (Ultra-turrax T18 basic S1) durante un minuto para reducir el tamaño de las partículas del puré de cada lote. Posteriormente cada lote se separó nuevamente en dos, y una porción de cada uno se filtró a través de una tela de manta. De tal forma que se obtuvieron cuatro muestras de puré distintas: dos con tratamiento de microondas (una con partículas más pequeñas que otra), y dos muestras sin tratamiento de microondas, de igual manera, una con partículas de menor tamaño que la otra.
4. Con cada muestra de puré, se prepararon dos soluciones filmógenas distintas en matraces Erlen Meyer. Para preparar las soluciones se utilizó agua (50 g), alcohol etílico (50 g), glicerol (1 g) y pectina (1 g). A una de las soluciones de cada muestra de puré, se se le añadió 0.5 g de cera de abeja en forma de lentejas.
5. En cada matraz se colocó un agitador magnético y algunas perlas de ebullición. Las soluciones se agitaron y se calentaron a 80 °C durante 15 minutos en una placa de calentamiento con agitación magnética. Luego se retiró la solución y se dejó enfriar a 65 °C. Se midieron 30 mL de la solución filmógena para cada película y se vaciaron en placas de acrílico, previamente niveladas. Se dejó secar la solución por 12 horas a temperatura ambiente (22.32 °C ± 1.98 °C), y a una humedad relativa aproximada de 30%.
6. En la Tabla 1 se muestran los códigos de identificación de las diferentes películas elaboradas.

1.  
2. 2.2 Determinación de la humedad y actividad de agua (Aw) de las películas

La humedad de las películas se midió según el método 934.06 AOAC (1998), el cual se basa en la pérdida de peso de una muestra cuando de coloca en una estufa. La Aw se determinó en un higrómetro Novasina modelo LabMaster-aw, a 25 °C.

1. 2.3 Determinación de las propiedades físicas de las películas

El espesor se midió con un vernier digital (Mitutoyo Mod. CD-6” CS) en 10 puntos distintos de las películas. La densidad de las películas se midió a partir de las dimensiones de las muestras y de su peso.
El color se midió con un colorímetro MiniScan XE Plus Modelo No. 45/0-L, en ambos lados de las películas mediante los parámetros L* a*, b*. Además se calcularon los índices de blancura y negrura de las películas, y la diferencia total de color (ΔE) entre las películas y las placas de referencia (blanca y negra) del colorímetro. Los lados de las películas se identificaron así: se denominó lado brilloso al que una vez secas las películas, quedó adherido a las placas de acrílico, y lado opaco al que quedó expuesto al ambiente.
2.4 Determinación de las propiedades mecánicas de las películas
Con un texturómetro TA.XT Plus se hicieron las pruebas de punción y estirabilidad o elongación. En la primera se usó una aguja de 2 mm de diámetro con punta redonda y se picaron 5 películas de cada tipo en 5 puntos distintos. Para la estirabilidad se usó una esfera de plástico de 2 cm de diámetro. En ambas pruebas la velocidad de descenso fue de 2 mm s-1 y se anotó la fuerza máxima necesaria para romper las películas.
2.5 Determinación de las propiedades térmicas de las películas
La conductividad (k) y difusividad térmica (α) de las películas se midieron con un medidor portátil de propiedades térmicas (KD2 Decagón) a 20 ºC. Para esta prueba se utilizaron 2 películas de cada tipo, y se realizó la medición por triplicado. Se utilizó un calorímetro diferencial de barrido (DSC 200 PC, Netzsch)  para determinar el Cp de las diferentes películas y la temperatura de transición de fase (Tfase) de las películas con cera de abeja.
2.6 Evaluación de la permeabilidad al vapor de agua (Pw) de las películas
Se utilizaron celdas de permeación en las que se creó una atmósfera de 75% y 0% HR a uno y otro lado de la película en estudio. La Pw se calculó con la 1ª ley de Fick y los datos de ganancia de peso de una masa conocida de sílica gel con respecto al tiempo, espesor de las películas, el área de transferencia y la presión de vapor de agua en ambas atmósferas.
2.7 Termosellado de las películas
Para esta prueba se tomaron dos trozos de cada tipo de película y se colocaron uno sobre otro. Luego se pusieron en una selladora de bolsas VAC 1050 y se aplicó un tiempo de sellado de 3 segundos. Esta prueba se realizó uniendo los trozos en tres formas distintas: lado brilloso-lado brilloso, lado brilloso-lado opaco y lado opaco-lado opaco. Se hizo solamente una evaluación visual del sello obtenido (no se llevó a cabo ninguna prueba de resistencia mecánica).
2.8 Prueba de impresión sobre las películas
Se realizó la impresión del código de cada película sobre el trozo correspondiente, utilizando una impresora de inyección de tinta HP PSC 1610 xi All-in-One. Después de que se secó bien la impresión se frotaron los trozos para observar si la tinta se fijó en las películas.

• Con los procedimientos descritos en este trabajo, se obtuvieron ocho tipos de películas de empaque a base de cáscara de tuna.
• Las películas obtenidas se caracterizaron en cuanto a sus propiedades físicas, mecánicas, térmicas y de permeabilidad al vapor de agua.
• El tratamiento con microondas de la cáscara de tuna influyó en las propiedades mecánicas y térmicas de las películas.
• El filtrado fino afectó el espesor, la densidad, las propiedades mecánicas, térmicas, de permeación al vapor de agua y el termosellado de las películas.
• Se detectaron fenómenos de transición de fase que pueden influir en las propiedades de las películas.
• La presencia de cera de abeja en la formulación de las películas, tuvo efecto en todas las propiedades de las películas.