ENVASE ALIMENTARIO BIOPLÁSTICO CON NANOREFUERZOS Y CON PROPIEDADES

ANTIMICROBIANAS

Lola Sánchez García

Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos-CSIC

CastellónValencia

Alicante

NuevosNuevos MaterialesMateriales y y NanotecnologNanotecnologííaa

IATA IATA -- CSIC, ValenciaCSIC, Valencia

Quiénes somos y dónde estamos ?

Desarrollo, Producción y Comercialización de Nanoaditivos:

NANOBIOTER®

Procesado y propiedades mecánicas

Propiedades de Nanocompuestos

Estudios Antimicrobianos

Innovación en el envasado

RenovablesBiodegradables

Materiales

Nanotecnología Activos, Bioactivos,Tecnologías Inteligentes

Innovación en el Envasado

POLYMERIZATION

CONSUMER

WASTE

COMPOSTING

PACKAGING

1. Materiales biodegradables:

C02 H2O

1. Materiales biodegradables:

Ventaja: Reducción de residuos sólidos poliméricos

Inconveniente: Propiedades barrera bajas comparadas con los materiales procedentes del petróleo

O, CO, ...HumedadAromas

2 2

PRODUCTO

MIGRACIÓN

MIGRACIÓN

PERMEABILIDAD

PERMEABILIDAD

SORCIÓN

O, HumedadAromas

2

Radiaciones

GrasasColorantesOtros

MonómerosAditivos

Disolventes...

POLÍMERO ENTORNO

Procesos de tranferencia de masa

Renovables y Biodegradables

• Polímeros extraídos directamente de la biomasa– Polisacaridos (quitosano,…), proteínas (Carragenatos, soja, zeina…)y

lípidos• Polímeros producidos por síntesis química clásica utilizando monómeros

procedentes de la biomasa

- Acido poliláctico (PLA)

• Polímeros producidos por microorganismos o por microorganismos y plantas modificadas genéticamente– Polihidroxialkanoatos (PHB, PHBcoV)– Polipéptidos tales como el Poly(VPGVG)

Polímeros biodegradables de síntesis clásica

• Policaprolactonas (PCL)• Copoliesteres biodegradables

2. Nanotecnología

DESARROLLO DE NUEVOS NANOBIOCOMPUESTOS

• Mejores propiedades barrera

•Mejores propiedades mecánicas

•Mejores calor-resistencia

• Protección de la luz

•Liberación controlada de antimicrobianos

• Biodegradable

- Refuerzos de tipo laminar

- Refuerzos de tipo fibrilar

=

= or

= or

Modulo de YoungTenacidad y transparenciaPropiedades BarreraResistencia al Fuego e IgniciónCoste

NANOCOMPUESTONANOCOMPUESTOMICROCOMPUESTOMICROCOMPUESTOPROPIEDADESPROPIEDADES

POLYMER LOADED CONVENTIONAL

(MICROCOMPOSITE)

μmIntercalated

Exfoliated

NANOCOMPOSITE

nm

nm

Agregate

2. Nanotecnología: Refuerzo de tipo laminar

difusión

TEM imagen

Láminasexfoliadas

Arcillaexfoliada

Arcilla

Nanocompuestoexfoliado

2. Nanotecnología: La orientación de las láminas es fundamental

2. Nanotecnología: Refuerzos de tipo laminar

PHBV+5%NanoBioTer

0

2E-15

4E-15

6E-15

8E-15

1E-14

1.2E-14

1.4E-14

1.6E-14

1.8E-14

2E-14

P(K

g.m

/s.m

2.Pa

)

Reducción 60%P Agua

0% 1% 5% 10%Contenido en arcillas

0.00E+00

5.00E-14

1.00E-13

1.50E-13

2.00E-13

2.50E-13

3.00E-13

P(K

g.m

/s.m

2.Pa

)

P LimonenoReducción 96%

Contenido en arcillas0% 1% 5% 10%

t(m in)

0 1000 2000 3000 4000 5000

OTR

(cc/

m2 da

y)

0

1

2

3

4

Reducción 43%

P Oxigeno 0%RH

2. Nanotecnología: Refuerzo de tipo fibrilar

Ventajas de Nanowhiskers

Nanowhiskers de celulosa: tratamiento ácido de microfibras de celulosa

Nanowhiskers de celulosa: celulosa bacteriana producida en el laboratorio

Desventajas de Nanowhiskers

• No son disponibles comercialmente• Su producción presenta bajosrendimientos• Por su carácter hidrofilico son dificiles de usar en sistemas apolares:

-se puede realizar intercambio de disolventes

- liofilización

• Recurso renovable, biodegradable• Buena disponibilidad• Baja densidad, buenas propiedadestérmicas• Alta rigidez y rigidez específica• No son abrasivos, baja irritaciónrespiratoria y de la piel• Bajo coste

2. Nanotecnología: Refuerzos de tipo fibrilarMicrofibras de celulosa; longitud 50-100μm y espesor 10-20μm

Nanowhiskers de celulosa; longitud 60-160nm y espesor 10-20nm PLA+1%CNW

Water Permeability (Kgm/m2sPa)

0.0 5.0e-15 1.0e-14 1.5e-14 2.0e-14 2.5e-14

PLA

PLA+1%CNW

PLA+2%CNW

PLA+3%CNW

PLA+5%CNW

P Agua

Oxygen Permeability (m3m/sm2Pa)

0.0 2.0e-18 4.0e-18 6.0e-18 8.0e-18 1.0e-17 1.2e-17 1.4e-17 1.6e-17

wt.-

% n

anow

hisk

ers

0%

1%

2%

3%

5%

P Oxigeno

Reducción 82% Reducción 90%

3. Envases Activos y Bioactivos

• Envases antimicrobianos:

-Estudio de liberación controlada de sustancias antimicrobianas de origen naturales, como aceites esenciales: timol, linalol, carvacrol, etc…

-Estudio antimicrobiano con nanopartículas de Plata

-Encapsulación de fármacos, sustancias antimicrobianas, probióticos para alimentos funcionales.

-Estudio de films antimicrobianos, como el quitosano

ENVASE ACTIVO:

Envase que actúa como un sistema coordinado con el alimento y el entorno para mejorar la seguridad y la calidad del alimento y alargar su vida útil. Diseñado para realizar un efecto deseado sobre el contenido, diferente a servir de barrera pasiva frente al entorno.

3. Envases Activos y Bioactivos

-Estudio de liberación controlada de sustancias antimicrobianas de origen naturales, como aceites esenciales: timol, linalol, carvacrol, etc…

Timol

-aceite esencial del tomillo o del orégano

- poder antimicrobiano y antioxidante

Banda del T

imol

espectroscopia de infrarrojo ATR

00.005

0.010.015

0.020.025

0.030.035

0.040.045

0 20 40 60 80 100 120 140t(h)

inte

nsid

ad(u

.a)

PCL+10% timol

PCL+10% timol+5%arcilla

PCL+10% timol+5%arcilla2

PCL+10% timol+5%arcilla4

PCL+10% timol+5%arcilla3

0

2E-16

4E-16

6E-16

8E-16

1E-15

1.2E-15

1.4E-15

1.6E-15

1.8E-15D

(m2/

s)D Timol

3. Envases Activos y Bioactivos

- Estudio antimicrobiano con nanopartículas de Plata

-Fibras con plata por Electrospinning

-Adición de nanoparticulas de Plata:

Bacteria dañada por la plata

• Desarrollo de Materiales de Envase Biodegradables

• Desarrollo de envases activos y bioactivos

• Nanotecnologías para reforzar las propiedades de plásticos y bioplásticos

Lineas de Investigación

Agradecimientos

A la GV por la concesión de becas y de financiación

Al ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN)

Gracias por vuestra atención!