Artículo
Empaques vs Bioempaques para alimentos: una comparación a nivel técnica, comercial y normativa
Packaging vs Biopackaging for food: a comparison at a technical, commercial, and regulatory level
Julieth K. Acosta-Medina katheacosta19@gmail.com
Orlando E. Contreras Pacheco ocontrer@uis.edu.co
Aura C. Pedraza Avella aceci-pe@uis.edu.co
Empaques vs Bioempaques para alimentos: una comparación a nivel técnica, comercial y normativa
Ingeniería y competitividad, vol. 25, núm. 3, e-21213066, 2023
Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle
Recepción: 12 Julio 2023
Aprobación: 15 Septiembre 2023
Resumen: En la era contemporánea la industria alimenticia está llamada a garantizar que sus productos mantengan buena calidad, siendo su empaque uno de los retos más evidentes. Tradicionalmente los materiales de envasado alimenticio correspondían a derivados del petróleo, pero en los últimos años han surgido biomateriales que pueden cumplir estas funciones, y es importante conocer las superioridades e inferioridades de estos sobre los empaques convencionales. Por ello, en este estudio, se llevó a cabo un análisis comparativo exhaustivo entre los empaques tradicionales y los bioempaques para alimentos, en términos de mercado, aspectos técnicos y normatividad. Se recopiló información de bases de datos especializadas y se analizaron 59 fichas técnicas de empaques convencionales y 28 fichas técnicas de bioempaques. Los resultados revelaron que ciertos bioempaques, como la celulosa, el ácido poliglicólico y el polihidroxibutirato, son alternativas excelentes para el envasado de alimentos, siendo eficaces en situaciones en las que se requiere resistencia a la humedad y la oxidación, o la capacidad de soportar altas temperaturas durante la producción y el almacenamiento de los productos. También se encontró que el mercado de bioempaques es el que experimenta un mayor crecimiento debido a la creciente demanda de envases sostenibles, las regulaciones gubernamentales en contra de los plásticos de un solo uso y las tendencias de consumo de los consumidores. En base a estos hallazgos, se recomienda a la industria alimenticia considerar el uso de bioempaques como una solución viable y prometedora para mejorar la calidad y la conservación de sus productos, al tiempo que se cumplen con los requisitos ambientales y las preferencias de los consumidores.
Palabras clave: Envasado de alimentos, Bioempaques, Empaques, Biodegradabilidad.
Abstract: In contemporary times, the food industry is tasked with ensuring that its products maintain good quality, with packaging being one of the most evident challenges. Traditionally, food packaging materials were derived from petroleum, but in recent years, biomaterials have emerged as viable alternatives to fulfill these functions. It is important to understand the strengths and weaknesses of these biomaterials compared to conventional packaging. Therefore, this study conducted a comprehensive comparative analysis between traditional packaging and bio-based packaging for food in terms of market, technical aspects, and regulations. Information was gathered from specialized databases, and 59 technical datasheets of conventional packaging and 28 technical datasheets of bio-based packaging were analyzed. The results revealed that certain bio-based packaging materials, such as cellulose, polyglycolic acid, and polyhydroxybutyrate, are excellent alternatives for food packaging, particularly in situations requiring moisture and oxidation resistance, as well as the ability to withstand high temperatures during production and storage. Furthermore, it was found that the bio-based packaging market experiences significant growth due to the increasing demand for sustainable packaging, government regulations against single-use plastics, and consumer trends. Based on these findings, it is recommended that the food industry considers the use of bio-based packaging as a viable and promising solution to enhance the quality and preservation of their products while meeting environmental requirements and consumer preferences.
Keywords: Food packaging, Bio-based packaging, Packaging, Biodegradability.
Introducción
El empaque de los alimentos está diseñado para proteger, proporcionar información sobre el alimento y facilitar su manipulación para su almacenamiento y distribución. En este sentido, los empaques tienen un papel crucial en el proceso de calidad, seguridad y extensión de la vida útil de los alimentos 1. Los plásticos derivados de combustibles fósiles son los que más se utilizan para este envasado, pero con el aumento exponencial del flujo global de estos materiales hacia los océanos y las preocupaciones por el medio ambiente, en los últimos años han surgido materiales ecológicos que se han empezado a utilizar en la industria de empaques 2. Sin embargo, no se tienen totalmente claras las ventajas de estos bioempaques respecto a los empaques tradicionales, especialmente en aspectos como el mercado, propiedades mecánicas, de barrera, biodegradabilidad y normatividad.
Aunque existen múltiples comparativas entre empaques y bioempaques para alimentos, la mayoría se enfoca en aspectos específicos y no incluyen un análisis completo y sistemático 3. Por lo tanto, surge la necesidad de realizar una comparación detallada y rigurosa que permita identificar las ventajas e inconvenientes de cada tipo de empaque en diferentes situaciones. Además, en la industria del empaque, es esencial contar con información actualizada sobre las tendencias del mercado 4. Por ello, teniendo en cuenta la información proveniente de fichas técnicas encontradas en el mercado global, en el presente artículo se analizan estas características de empaques y bioempaques. Además, se analiza información de bases especializadas examinando aspectos del mercado y de carácter legal.
En consecuencia, con este trabajo se busca proporcionar una visión de los pros y los contras de los bioempaques respecto a los empaques convencionales en la industria alimentaria, lo que puede ser valioso para las empresas que buscan tomar decisiones informadas sobre qué tipo de empaques utilizar para responder a las demandas modernas de los consumidores; buscando a la vez contribuir al conocimiento existente en diferentes áreas, tales como la fabricación de productos, la regulación, y las estrategias comerciales enriqueciendo el debate en torno a la sostenibilidad y la seguridad alimentaria.
Metodología
En aras de desarrollar el paralelo entre los empaques y los bioempaques para alimentos, se aplicó una metodología cualitativa basada en análisis comparativo constante CCA, ya que este método permite analizar datos de manera sistemática, a partir de la comparación constante de categorías y temas 5, siendo un enfoque flexible y adaptable, que permite obtener resultados detallados y confiables en temáticas aplicables a una industria 6.
Recolección de datos
En primer lugar, se recolectó información de bases de datos especializadas en estudios de mercados tales como Data Bridge Market Research, Euromonitor, Research and Markets y Technavio. Igualmente, se revisó documentación científica de bases de datos como Scopus y Web of Science, informes de entidades gubernamentales y reglamentaciones de orden nacional e internacional. Adicionalmente, se recolectó información técnica y financiera de 25 tipos de empaques para alimentos, usando la información recolectada de 59 fichas técnicas de empaques encontradas en el mercado (Ver tabla 1).
Igualmente, se analizaron 12 tipos de bioempaques tomando los datos de 28 fichas técnicas (Ver Tabla 2).
Cabe resaltar, que en el caso de tener más de dos fichas técnicas de cada tipo de empaque o bioempaque se promediaron los valores de las propiedades analizadas, para tener un solo valor por tipo de envase.
Parámetros comparativos
En este estudio se consideraron tres parámetros de comparación: mercado, características técnicas, y regulaciones. Respecto al mercado se analizaron el tamaño, tasa de crecimiento, segmentación por región geográfica, material, y estimación de precios. En cuanto a los aspectos técnicos, se revisaron propiedades mecánicas (resistencia a la tracción), de transmisión (transmisión de vapor de agua WVTR y de oxígeno OTR) y térmicas (punto de fusión), junto con las características de biodegradabilidad. Con relación a las normativas, se revisaron tanto las internacionales generales, como las regulaciones de ciertos países.
Análisis de datos
Se siguió un enfoque descriptivo, ya que se busca caracterizar temáticas mediante ciertos criterios 13. En este caso, se utilizó estadística descriptiva y análisis temático para analizar la información recolectada organizándola, presentándola de forma sencilla, describiendo el conjunto de datos en detalle, e interpretando aspectos relevantes 14,15.
Resultados y discusión
Mercado de empaques y bioempaques
En los últimos años el mercado de los empaques ha experimentado un crecimiento constante debido al aumento de la demanda de alimentos. Para 2022 los empaques de plástico alcanzaron los USD $498,400 millones y se estima una tasa de crecimiento CAGR de 3.56% para el período 2021-2028 9, mientras que el mercado de bioempaques llegó a USD $10,101.7 millones con una CAGR del 20.8% para el mismo periodo 16. Aunque el mercado de bioempaques representa una fracción modesta del mercado de empaques (2.03%), se pronostica un crecimiento acelerado debido a la creciente preocupación por la contaminación 17. Por lo tanto, se invita a las empresas del sector de envases a estar alerta ante estas tendencias y considerar la posibilidad de integrar materiales más sostenibles en su gama de productos.
En el ámbito de los materiales de los empaques, los plásticos ocupan una cuota de participación del 59%, estos desempeñan un papel fundamental al proporcionar conservación y conveniencia, y se espera que su demanda se mantenga en los próximos años, aunque con una composición más renovable 17. En cuanto a los bioempaques, alrededor del 60% del mercado se centra en los bioplásticos, mientras que el 40% restante corresponde a biobasados no biodegradables 18. Sin embargo, los consumidores están cada vez más preocupados por el impacto ambiental de los productos adquiridos 17. Por lo tanto, resulta imperativo que las empresas del sector de empaques se adapten a estas tendencias y ofrezcan productos más sostenibles para mantener su competitividad en el mercado.
En términos geográficos, se observa que el mercado de empaques más grande se encuentra en Asia, donde se consumen aproximadamente 1,576 mil millones de unidades. Esta región es también la principal productora de bioempaques, generando cerca de 1.21 millones de toneladas 17,18. Estos hallazgos indican que empresas del sector de empaques que busquen expandirse en dicha región deben considerar la incorporación de productos sostenibles como estrategia clave para atraer a consumidores y cumplir con las cada vez más estrictas regulaciones ambientales.
Respecto a los precios estos pueden variar significativamente según el tipo de empaque, calidad, tamaño, cantidad adquirida, proveedor o diseño. Por ejemplo, una bolsa de policloruro de vinil con capacidad para 50 chocolates puede costar entre USD $0.001 y $0.50 por unidad, mientras que un empaque multicapa de PVDC/PET/CPP con la misma capacidad puede costar entre USD $0.80 y $2.00 por unidad. En comparación, los bioempaques suelen ser más costosos debido a que los materiales utilizados son menos comunes o provienen de fuentes naturales 19. Algunos bioempaques para alimentos presentan un costo ligeramente superior a los empaques convencionales, mientras que otros cuestan más del doble. Sin embargo, los costos de ciertos bioempaques, como la celulosa, no presentan variaciones significativas en comparación con los envases convencionales. Por ejemplo, una bolsa biodegradable de celulosa para 50 chocolates puede tener un costo unitario entre $0.05 y $0.50, dependiendo del tamaño, diseño y cantidad adquirida. En la Tabla 3 se muestran algunos costos según los hallazgos de este estudio.
Es relevante considerar que los precios mencionados anteriormente son estimaciones basadas en las fichas técnicas analizadas en este estudio y están sujetos a variaciones según proveedor, calidad y cantidad requerida. Además, cada tipo de empaque y bioempaque presenta características y beneficios específicos, por lo tanto, es fundamental evaluar detenidamente cuál es el más apropiado para cada alimento y obtener cotizaciones de múltiples proveedores antes de tomar una decisión final. Asimismo, la elección entre un empaque convencional y un bioempaque dependerá de los objetivos de sostenibilidad y el presupuesto de la empresa, así como de las necesidades particulares del producto y los requisitos de los clientes.
Propiedades técnicas empaques y bioempaques
Iniciando con las propiedades mecánicas, se analiza la resistencia a la tracción, la cual depende del tipo de material, procesamiento, aditivos y almacenamiento 20. Según los resultados obtenidos, se encontró que biomateriales como el CPLA, celulosa y quitina/quitosano presentan una resistencia a la tracción superior a la de varios tipos de empaques tradicionales, lo que los convierte en una buena alternativa para empacar alimentos envasados al vacío, como carnes y quesos. Resultados similares a los encontrados por 21)Figura 1.
Figura 1
Resistencia a la tracción empaques y bioempaques analizados.
En relación con las propiedades de permeabilidad, se evaluó la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR), factor crucial en la selección de empaque para la mayoría de los alimentos, ya que la humedad afecta significativamente su vida útil. Según los resultados que se observan en la Figura 2, se encontró que el colágeno/gelatina al tener una alta permeabilidad al vapor de agua, resulta problemático para envasar alimentos secos y horneados 22. En contraste, los demás bioempaques como el almidón, celulosa, PLA, PCL, PGA, PBS y PHB demostraron ser una excelente alternativa para envasar cualquier alimento sensible a la humedad como algunos tipos de aceites y frutas frescas.
Figura 2
Transmisión de vapor de agua WVTR empaques y bioempaques analizados.
Se procedió al análisis de los coeficientes de permeabilidad al oxígeno (OTR) (Figura 3), revelando valores bajos de OTR en los bioempaques, lo que los convierte en una opción adecuada para alimentos que son propensos a la degradación rápida debido al oxígeno, como frutas y verduras frescas, alimentos horneados o productos cárnicos 23. Por otro lado, se observó que los empaques derivados del petróleo exhiben OTR elevados, lo que implica que estos termoplásticos permiten la penetración de altas concentraciones de oxígeno y por ende, se deben emplear en combinación con materiales, como tereftalato de polietileno PET o polipropileno fundido CPP o Etileno-Vinil-Alcohol EVOH, para reducir la permeabilidad al oxígeno y mejorar su capacidad de envasado 10.
Figura 3
Permeabilidad al oxígeno (OTR) empaques y bioempaques analizados.
Con relación a las propiedades térmicas, biomateriales como el PGA, la celulosa y los empaques de PET, PC y PEN, presentan altas temperaturas de fusión y se recomiendan para la fabricación de botellas. La quitina/quitosano, aunque exhibe buenas características térmicas, debe combinarse con otros materiales para lograr su moldeado 24. Estos hallazgos son relevantes para las empresas de envases como botellas, envases para alimentos enlatados y envases asépticos que deben resistir altas temperaturas de fusión. Figura 4
Figura 4
Punto de fusión empaques y bioempaques analizados.
En términos de biodegradabilidad, los empaques varían en su tiempo de degradación. Materiales como el aluminio, papel y cartón se degradan en pocos meses 25, mientras que el polipropileno, los empaques multicapa y el tereftalato de polietileno tardan años o siglos en degradarse completamente 26. Por otro lado, bioempaques como PHA, almidón y celulosa, se descomponen en 120-180 días en el ambiente natural, pero el PLA y los biobasados solo se descomponen en instalaciones de compostaje industrial a altas temperaturas 27,28 (Ver Figura 5). Además, la producción y reciclaje de bioempaques pueden tener otros impactos ambientales, como el uso de gran cantidad de agua y pesticidas, y la eutrofización 29. Por lo tanto, es relevante al elegir empaques en la industria alimentaria considerar el impacto ambiental completo evaluando también las limitaciones y los desafíos asociados con su producción y reciclaje.
Figura 5
Biodegradabilidad empaques y bioempaques (en meses)
Aspectos regulatorios de los empaques y bioempaques
La normativa sobre empaques para alimentos sigue evolucionando constantemente, su origen se remonta a principios del siglo XX cuando se comenzaron a establecer regulaciones para proteger a los consumidores de posibles peligros sanitarios y para garantizar la calidad. Estas reglamentaciones varían según la región geográfica y el país. Sin embargo, hay algunas regulaciones generales que se exponen en la Tabla 4.
Por su parte, la normativa de bioempaques está en constante evolución debido al aumento de la conciencia ambiental y la preocupación por reducir los residuos generados por los envases. Aunque no existen leyes específicas para los bioempaques en todos los países, hay algunas regulaciones que se pueden aplicar en función de la biodegradación y desintegración, los materiales utilizados y de las características del producto envasado 34. Además, en algunas regiones, se han implementado leyes destinadas a reducir la cantidad de residuos plásticos generados y proteger el medio ambiente (Ver Tabla 5).
En general, las leyes para empaques para alimentos se enfocan principalmente en la seguridad alimentaria, la regulación de materiales y el etiquetado. En cambio, las leyes para bioempaques se centran en las condiciones de biodegradabilidad o prohibición de plásticos. Además, los bioempaques se rigen por las mismas normas que los empaques convencionales, con la diferencia que deben cumplir requisitos adicionales de sostenibilidad. Lo anterior implica para las empresas tanto del sector de empaques como del sector de alimentos, la necesidad de adaptarse a las nuevas regulaciones, buscando alternativas respetuosas con el medio ambiente, con el fin de cumplir con las regulaciones específicas de cada país.
Análisis comparativo empaques vs bioempaques de alimentos
Realizando una consolidación de los resultados anteriores, se realiza el análisis comparativo que se encuentra en la Tabla 6, en el que se exponen los pros (+) y contras (-).
Conclusiones
En primer lugar, se halla que mercado de empaques y bioempaques para alimentos está experimentando un cambio hacia materiales más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. Aunque los bioempaques representan una fracción pequeña del mercado global, se espera un crecimiento rápido debido a la demanda de envases sostenibles, regulaciones contra el plástico y cambios en el comportamiento del consumidor. Por ello, las empresas del sector de empaques para alimentos están llamadas a estar atentas a las tendencias y a considerar la posibilidad de buscar soluciones innovadoras más respetuosas con el medio ambiente a precios competitivos. A nivel geográfico, los mercados están concentrados en economías desarrolladas, mientras que en economías emergentes hay una oportunidad de aumentar el consumo y la fabricación de todos los tipos de empaques.
De igual manera, se encontraron diferencias en los precios de los empaques y bioempaques, lo que puede influir en la elección de los consumidores y la rentabilidad de las empresas. Aunque los bioempaques suelen ser más costosos, la celulosa ofrece una alternativa viable con un costo similar. Además, a largo plazo, los bioempaques pueden ser más económicos al reducir los costos de eliminación de residuos y el cumplimiento de normativas ambientales, y según 42 los consumidores están dispuestos a pagar más por productos con empaques biodegradables, lo que motiva a las empresas a invertir en estas tecnologías.
Igualmente, los resultados de este estudio indican que ciertos biomateriales, como el CPLA, la celulosa y la quitina/quitosano, presentan propiedades prometedoras para el envasado al vacío y empaques que requieren soportar altas cargas. Además, bioempaques de almidón, celulosa, PLA, PCL, PGA, PBS y PHB son recomendados para cualquier alimento sensible a la humedad; siendo el PGA, celulosa, PET, PC y PEN son ideales para la formación de botellas. Estos hallazgos son relevantes para las empresas de envases, ya que buscan materiales que soporten altas temperaturas y reduzcan la permeabilidad al oxígeno para mantener la calidad de los alimentos durante períodos prolongados. Además, la tendencia actual hacia la sostenibilidad y la preocupación por el impacto ambiental pueden generar una mayor demanda de bioempaques en el futuro. Por ello, a pesar de los costos adicionales, las empresas pueden considerar la incorporación de bioempaques para mantenerse competitivas, mejorar su reputación, imagen de marca y cumplir con las expectativas de los consumidores.
Por otro lado, los diferentes empaques tienen diferentes tiempos de degradación, pero los empaques plásticos y multicapa que son los más utilizados en la industria también son los más contaminantes, lo que representa un desafío para los sistemas de reciclaje. En esta situación, los envases biológicos constituyen una opción más sostenible, pero también tienen efectos perjudiciales como el uso de grandes volúmenes de agua y la proliferación de nutrientes en el ecosistema. Por lo tanto, es esencial tener un enfoque integral y evaluar cuidadosamente los materiales utilizados en la producción de los empaques, y considerar tanto sus beneficios como sus limitaciones y desafíos asociados con su producción y reciclaje.
De otra manera, la normativa sobre empaques sigue evolucionando constantemente. A nivel internacional, existen algunas regulaciones generales respecto a las directrices para el uso de materiales y la necesidad de seguridad alimentaria. Por su parte, la normativa de bioempaques está en aumento debido a la preocupación por reducir los residuos generados por los envases tradicionales y proteger el medio ambiente. Aunque no existen leyes específicas para los bioempaques en todos los países, hay regulaciones que abordan la biodegradación y desintegración. Se recomienda a las empresas del sector de empaques alimenticios estar pendientes de las actualizaciones periódicas de estas normativas para asegurarse de cumplir con los requisitos más recientes y buscar alternativas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente para los empaques y envases que utilizan en sus productos.
En consecuencia a lo anterior, las empresas del sector de empaques para alimentos deben considerar varios factores, incluyendo el mercado objetivo a nivel geográfico, el costo del material, el costo de producción, la calidad, la capacidad de conservación de los alimentos, la percepción del consumidor, el impacto ambiental y las reglamentaciones correspondientes al decidir entre un empaque y un bioempaque.
Para futuras investigaciones se recomienda revisar las últimas innovaciones y desarrollos tecnológicos en empaques y bioempaques para alimentos, incluyendo nuevos materiales, técnicas de producción y soluciones de diseño que mejoran la funcionalidad y la eficiencia. Igualmente, sería interesante realizar un análisis detallado de los costos asociados con los diferentes tipos de empaques y bioempaques para alimentos, incluyendo los costos de producción, costos de transporte y almacenamiento, y costos asociados con el cumplimiento normativo. Esto con el fin de facilitar a las empresas la toma de decisiones sobre qué tipo de empaque utilizar en sus productos, a nivel de costos y rentabilidad.
Agradecimientos
Agradecimiento por el apoyo financiero recibido para este proyecto a la Universidad Industrial de Santander y al Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de Colombia - MINCIENCIAS.
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