Fuerte crecimiento de los envases biodegradables a base de proteínas

Los envases biodegradables creados con materiales de base biológica han mostrado un fuerte crecimiento en la industria. Esto principalmente debido a las tendencias recientes en el mercado de consumo que avanzan hacia embalajes más ecológicos y la reducción de productos de desecho.

Con la creciente preocupación por las políticas de sostenibilidad, se alienta a la industria a desarrollar alternativas sostenibles y circulares para preservar los recursos limitados para las generaciones futuras; centrándose en materiales biodegradables y biorrenovables.
El enfoque principal se ha puesto en los biopolímeros derivados de la síntesis de monómeros de base biológica, como el ácido poliláctico (PLA) o los polihidroxialcanoatos (PHA). Especialmente en la industria del embalaje, estas macromoléculas se consideran comúnmente como posibles reemplazos de los polímeros de origen fósil.

Envases biodegradables de base biológica para cosméticos

Además de la síntesis a partir de monómeros biológicos, otra opción para materiales es el uso de polímeros naturales extraídos de la biomasa. Los polímeros naturales muestran una gran abundancia, una biocompatibilidad bien desarrollada y una clara ausencia de toxicidad. Además, cumplen los criterios de digestión microbiana (componibilidad) en condiciones naturales porque son proporcionados por la naturaleza como polímeros. Así pueden ser devueltos a la naturaleza siguiendo el ciclo biológico de los materiales. De los polímeros naturales, los polisacáridos como la celulosa o el almidón y sus derivados muestran características menos prometedoras en la fabricación de películas hidrofóbicas debido a su estructura hidrofílica.

En comparación con los basados en polisacáridos, los materiales basados en proteínas son más útiles para la mayoría de las aplicaciones de materiales. Esto debido a sus excelentes propiedades de barrera contra gases y propiedades mecánicas superiores. Estas ventajas se deben a la estructura única de la proteína, que le confiere una amplia gama de propiedades funcionales, especialmente debido al alto potencial de unión intermolecular.

Con el objetivo de aumentar las propiedades mecánicas de los materiales basados en proteínas, varios investigadores han aplicado y analizado métodos de plastificación y reticulación.

Reticulación de materiales

La resistencia mecánica y las propiedades de barrera de las películas de proteínas se pueden mejorar mediante métodos de reticulación. Esto para inducir una mejor interacción dentro y entre las cadenas de proteínas.  Más interacciones de proteínas inducidas por ciertos métodos amplían la estructura polimérica; en consecuencia se obtienen menos permeabilidad y mayor resistencia a la tracción.

El término reticulación describe formaciones de enlaces covalentes intermoleculares e intramoleculares en este contexto e incluye enlaces disulfuro, así como enlaces iso-peptídicos de cualquier tipo. El entrecruzamiento de proteínas se puede lograr mediante tratamiento químico, físico (radiación, calor) o enzimático.

Plastificación de envases biodegradables

Un plastificante se define como “una sustancia o material incorporado a un material (generalmente un plástico o elastómero) para aumentar su flexibilidad, trabajabilidad o distensibilidad”. Los plastificantes se disuelven en el polímero separando las cadenas entre sí y facilitando así el movimiento molecular. La elongación de los polímeros se ve afectada por la extensión de las asociaciones de cadenas de polímeros en la matriz de la lámina. Los plastificantes reducen tales asociaciones, disminuyen la resistencia a la tracción y aumentan la flexibilidad. Aumentan el volumen libre entre cadenas, aportan más movilidad al polímero y actúan como lubricantes internos al reducir las fuerzas de fricción entre las cadenas de polímero. Los plastificantes reducen la temperatura de transición vítrea.

La complejidad de la plastificación parece ser un obstáculo importante para la mejora de las películas basadas en proteínas. Se puede diferenciar entre plastificación interna y externa.

• Los plastificantes externos se solvatan en el medio y lubrican las cadenas de proteínas y también aumentan el volumen libre. Debido a que estos plastificantes no están ligados químicamente, se pierden fácilmente por extracción, migración o evaporación;
• Los plastificantes internos modifican químicamente una cadena de proteínas mediante la adición de grupos sustituyentes unidos mediante enlaces covalentes. Crean un impedimento estérico entre las cadenas de proteínas, lo que conduce a un mayor volumen libre y una mayor flexibilidad.

Análisis de las Propiedades de polímeros de proteínas

La evaluación muestra que, en comparación con otros polímeros, el principal cuello de botella de las proteínas es su estructura compleja, que puede, si se desarrolla en consecuencia, utilizarse para diseñar envases biodegradables con las propiedades funcionales deseadas.

Los productos químicos pueden actuar como entrecruzadores pero requieren condiciones de reacción controladas. Los métodos físicos, como el curado por calor y la radiación, muestran una mayor eficacia, pero no son fáciles de controlar e incluso pueden dañar la estructura del polímero. En cuanto a la plastificación, la eficacia y la compatibilidad siguen tendencias opuestas debido a las débiles interacciones entre el plastificante y la proteína.

La plastificación interna por enlace covalente supera estas limitaciones pero requiere más investigación específica para cada proteína. Además, los enfoques sinérgicos, en los que se combinan diferentes métodos de plastificación/reticulación, han mostrado un alto potencial y enfatizan la complejidad en el diseño de la matriz polimérica.

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