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VI Panorámica Actual Ind Alimentaria, Tarrasa,
Feb 08
Juan I. Maté, Univ. Pública de Navarra
VI PANORÁMICA ACTUAL DE
LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
Películas Comestibles y
Biodegradables:
Oportunidades y Usos
Juan Ignacio Maté Caballero
Departamento de Tecnología de Alimentos
Universidad Pública de Navarra
[email protected]
Tecnología de Alimentos, UPNA
Dep. de Tecnología de Alimentos
Grupo de Investigación ALITEC
¾ Enología
¾ Frutas y verduras 4ª gama
¾ Modelización y optimización
¾ Desarrollo y aplicación de
Recubrimientos Comestibles
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VI Panorámica Actual Ind Alimentaria, Tarrasa,
Feb 08
Juan I. Maté, Univ. Pública de Navarra
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
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Recubrimientos sobre la Calidad
de los Alimentos
„ Barrera a la transferencia de materia
„
Control de migraciones
„
Entre el alimento y el medio ambiente
Entre distintos alimentos
„
„
Gases, lípidos, aromas, vapor de agua
O2, CO2
H2O
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
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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
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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
DEPOLIMERIZACIÓN
¿Velocidad de
Biodegradación?
MINERALIZACION
CO2
H2O
CH4
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Formación de las Películas
Macromolécula
+ Aditivos
Condiciones
de dispersión
Tg, Tf, Th
Dispersión
Termo-moldeado
Evaporación
del solvente
Condiciones de moldeado
FILMS
Propiedades Funcionales
Películas Comestibles y
Biodegradables
„ Introducción
„ Materiales y Usos
„ Investigación en la Universidad Pública de
Navarra
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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
Quitosano
ALGAS
Alginatos
Carragenatos
Pullulan
Levan
Elsinan
Gomas
MICROBIOS
CRUSTÁCEOS
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Polímeros derivados de la celulosa
Celofán
CH2OH
CH2OH
O
O
O
OH
OH
Acetato de celulosa
n
OH
OH
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 O2
Buena
Pobre
Moderada
Solubilidad
H2O
Insoluble
Insoluble
Soluble
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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
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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
CH2OH
CH2OH
O
O
Amilosa
OH
OH
O
OH
OH
CH2OH
O
OH
CH2OH
OCH2
O
O
Amilopectina
OH
OH
O
OH
OH
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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
„
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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
OH
OH
O
*
O
HO
HO
O
NHCOCH3
O
NH2
OH
O
HO
O
O
*
NH2
n
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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
„ Proteína animal
„
Zeína de maíz
„
Colágeno y gelatina
„
Gluten de trigo
„
Proteínas de la leche
„
Proteína de soja
„
„
Caseínas
Proteínas de suero
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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
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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
„
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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
CH3
CH3
CH2
O
- O - CH - CH2 - C -
O
- O - CH - CH2 - C -
Poli-3-Hidroxibutirato
(PHB)
Poli-3-Hidroxivalerato
(PHV)
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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)
Catálisis
H O
H O
- O- C - C CH3 - C - C -OH
CH3 n
OH
Lactobacillus
Glucosa
Ácido Láctico
PLA
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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 Barrera Propiedades
H2O
O2
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
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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
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LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
Películas Comestibles y
Biodegradables:
Oportunidades y Usos
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