INTRODUCCIÓN

A pesar de que México es uno de los principales productores y exportadores de frutas y hortalizas en el mundo, las tecnologías postcosecha que se utilizan durante la comercialización de estos productos no son suficientes para evitar su deterioro. De acuerdo con la Secretaria de Desarrollo Social (2012) aproximadamente el 37 % de la producción de frutas y hortalizas se desperdicia; lo que equivale a 10 millones 431 mil ton anuales. Aunado a esto, la Organización de los Alimentos y Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés) (2009) menciona que esto se debe principalmente a la pérdida de calidad asociada con el proceso de maduración normal del producto y a la presencia de microorganismos causantes de pudriciones durante el almacenamiento, comprometiendo la calidad del producto. Por estos motivos se emplea el uso de envases que preserven la calidad de los productos. De acuerdo con diversos autores, los envases deben facilitar la distribución y comercialización de los productos frescos o mínimamente procesados, asegurar la misma calidad durante toda la cadena comercial y evitar los focos de infección que promuevan la rápida senescencia del productos (Wang et al., 2014; Andreeben y Steinbüchel, 2018).

En México la Asociación Nacional de Industrias del Plástico A. C. (ANIPAC, 2017) reporta que aproximadamente 3.84 millones de ton de plástico se destinan a la producción de envases y embalajes de productos agrícolas, en los cuales se utilizan diversos materiales derivados del petróleo, los más comunes son el HDPE (Polietileno de Alta Densidad), LDPE (Polietileno de Baja Densidad), PVC (Cloruro de Polivinilo), PP (Polipropileno) y PS (Poliestireno). Sin embargo, estos materiales representan un gran problema ecológico por la contaminación ambiental que generan (Bandyopadhyay y Sinha, 2019).

El problema de contaminación ambiental que generan estos polímeros sintéticos ha generado interés entre los investigadores que han concentrado sus investigaciones en el desarrollo de polímeros de origen natural, biodegradable y composteable (Jabeen et al., 2015), se plantea así, la idea de desarrollar envases biodegradables que sustituyan a los sintéticos para evitar la contaminación que estos generan. Por otro lado, la problemática ambiental afecta a otros sectores como el económico y social, lo que ha propiciado el surgimiento de nuevos enfoques, como lo es el concepto de economía circular, en la cual se pretende maximizar el valor y la utilidad de recursos a través del diseño de sistemas y materiales más eficientes, convirtiendo lo que solía ser residuos en recursos que pueden ser utilizados nuevamente (Dow Chemical Company, 2019). Sobre el tema, la ANIPAC (2019) reportó que este nuevo modelo económico busca rediseñar, redistribuir, reducir, reutilizar, recuperar, reparar y reciclar (7R), para incorporar los materiales nuevamente al medio ambiente con el menor impacto posible.

Esta revisión tiene como objetivo exponer la situación actual de los envases para la conservación de productos agrícolas frescos y conocer las nuevas tendencias biodegradables para su fabricación, que incluyen el uso de subproductos agícolas, así como su integración el nuevo modelo económico 7R.

TÓPICOS

Características y tipos de envases

De acuerdo con Khaneghah et al. (2018) los envases tienen como característica principal proteger a los productos agrícolas de contaminantes químicos y biológicos, así como evitar que los factores físicos afecten su calidad y faciliten también su libre distribución. Por su parte, Ríos et al. (2017) clasificaron a los envases en tres tipos: primario, secundario y terciario. Los envases primarios, tienen como función contener al producto a través de un contacto directo. Los secundarios, protegen al producto primario y proporcionan información general del producto, mientras que, los terciarios, contienen a los dos anteriores y protegen al producto durante el transporte, distribución y comercialización.

Aunado a esto existen otras propiedades que debe tener un envase como son: permeabilidad, resistencia y soportar altar temperaturas para no deformarse. En la tabla 1 se mencionan las características de algunos envases agrícolas en función del material utilizado para su fabricación.

Tabla 1

Propiedades físicas de algunos envases con fines agrícolas

Modificado de MINCETUR (2009); Arvanitoyannis (2012); ANIPAC (2019)

Materiales convencionales para la elaboración de envase

La mayoría de los materiales utilizados en la elaboración de envases para alimentos son productos derivados del petróleo. McKeen (2013) reportó que los polímeros que más se comercializan en la actualidad son los polietilenos y los polipropilenos los cuales continúan incrementando su demanda anual hasta un 4 %. Por su parte, Bandyopadhyay y Sinha (2019) reportaron que los plásticos más utilizados en la industria del envase, empaque y embalaje son el HDPE, LDPE, PVC, PP y PS. Estos materiales plásticos se caracterizan por ser ligeros, versátiles, durables, resistentes, y aislantes (Ebnesjjad, 2012), características que les permite almacenar de mejor manera al producto, protegiéndolo de diversos daños físicos, químicos y biológicos. Además, alcanzan un precio en el mercado muy reducido, haciéndolos más competitivos que los biopolímeros.

Uso y aplicaciones de los envases en la agroindustria

Diversos autores señalan los requisitos que necesitan cumplir los envases para productos agrícolas para satisfacer las necesidades de la agroindustria. Por ejemplo, Khan et al. (2016) mencionan que los envases a base de materiales poliméricos deben limitar o retrasar el crecimiento microbiano, además, de brindar protección ante contaminantes químicos, biológicos y físicos, ser una buena barrera contra el intercambio de gases, proporcionar una apariencia decorativa y facilitar la comercialización y mantener la calidad del producto agrícola, entre otros. Por otro lado, Méndez et al. (2014) resaltaron que, en el campo de la agroindustria, uno de los principales desarrollos en el ámbito de los envases es que tengan inclusión de nanomateriales inteligentes como antimicrobianos, antioxidantes, etc. Estos autores reportaron que entre los años 2006-2010, las investigaciones han tomado notoriedad en la inclusión de las nanotecnologías, envases y empaques antimicrobianos, envases activos, bioplásticos, pero sobre todo en el desarrollo de productos biodegradables.

En la tabla 2 se mencionan algunos ejemplos de materiales utilizados en la industria del envasado agrícola y sus aplicaciones en productos hortofrutícolas.

Tabla 2

Envases provenientes de diferentes materiales utilizados para la conservación de productos agrícolas frescos mínimamente procesados y procesados

PET (Polietilen Tereftalato), LDPE (Polietileno de Baja Densidad), PVC (Cloruro de Polivinilo), PE (Poliestireno), EVA (Etil Vinil Acetato), PP (Polipropileno) y PS (Poliestireno).

Importancia de los envases biodegradables

Atarés y Chiralt (2016) han hecho hincapié en que el uso de plásticos derivados del petróleo se ha convertido en un grave problema ambiental, por lo que se deben encontrar soluciones sostenibles y alternativas amigables con el medio ambiente, por lo que, una tendencia que se tiene actualmente es la sustitución de estos polímeros convencionales por polímeros renovables y sustentables, pero sobre todo biodegradables. En los últimos años, la investigación en el campo de envases se ha centrado en materiales biodegradables o bioplásticos que ayuden alargar la vida de anaquel, así como preservar la calidad y garantizar la inocuidad de los alimentos.

Los polímeros biodegradables son definidos por Khaneghah et al. (2018) como materiales con la capacidad de descomponerse en dióxido de carbono, metano, compuestos inorgánicos o biomasa (predominante de acción enzimática) y agua. Esto se mide a través de técnicas que se basan en normas oficiales como las de la American Society for Testing and Materials (ASTM, por sus siglas en inglés) D-400-04 que estandarizan el periodo de tiempo de degradación y los métodos de eliminación.

Jabeen et al. (2015) reportaron que en los últimos 10 años la demanda de bioplásticos biodegradables para envases de alimentos se ha incrementado. Igualmente, Cazón et al. (2017) reportaron que en la elaboración de envases deben utilizarse materiales biodegradables, que provengan de fuentes renovables, abundantes y sobre todo de bajo costo, es por lo que, en la última década se ha pretendido obtener biopolímeros a partir de residuos naturales o fuentes secundarias como son los desechos agroindustriales.

Biomoléculas derivadas de productos agrícolas utilizados para la elaboración de polímeros para envases biodegradables

Los envases a base de residuos naturales pueden contener biomoléculas, como las proteínas, lípidos y/o polisacáridos, entre otros, con los cuales se pueden realizar diversas combinaciones y en algunos casos se pueden incorporar aditivos para mejorar las propiedades de los envases (Méndez et al., 2014; Cazón et al., 2017) (Tabla 3).

De acuerdo con Sircusa et al. (2008) los principales recursos biodegradables que se utilizan en la elaboración de diversos tipos de envases para alimentos pueden ser los aceites vegetales, la fécula de maíz, la fécula de papa, fibras obtenidas de piña, yute, cáñamo, henequén y tallos de plátano, entre otros, mientras que, para Riera y Palma (2018) la obtención de biopolímeros a partir de residuos agrícolas puede incluir al almidón de yuca, olotes de maíz, papa, plátano y diversos polímeros naturales. Otros autores señalan que parte de los residuos más utilizados han sido los de papa, zanahoria, cáscara de tomate verde, residuos de manzanas, cáscara de cacahuate, arroz, fibras de coco, cáscaras de cacao y más actualmente residuos de nopal, entre otros (Virtanen et al., 2017; Bilo et al., 2018; Scaffaro et al., 2019).

Como ejemplos de esto, a la fecha se han desarrollado envases para alimentos a partir de fibras vegetales de plátano, coco y caña, usando como aglutinante harina de arroz de rechazo (Sarasty 2017). Igulamente, se han elaborado empaques secundarios para alimentos a partir de uchuva (Physalis peruviana) adicionados con harina de arroz como aglutinante, resultando en una inhibición total de las bacterias Escherichia coli y Staphylococcus aureus (Jara, 2018).

Chantawee y Riyajan (2018) mostró la degradabilidad en 30 días de hasta el 80% de un polímero hecho a base de almidón de yuca y fibras de hoja de caña. Heredia et al. (2018) mencionaron que los subproductos de la industría agrícola buscan aislar macromoléculas específicas como celulosa, lignina, pectina y suberina, así como compuestos arómaticos que sirvan para poder formular matrices polímericas biodegradables y biofuncionales.

Tabla 3

Empleo de polisacáridos a partir de diferentes subproductos para su uso como envases en productos hortofrutícolas

- Información no disponible; CMC=Carboximetilcelulosa y HMC=Hemicelulosa

Envases de polímeros biodegradables sintetizados químicamente de fuentes agroindustriales

De acuerdo con lo mencionado por Scaffaro et al. (2019) la creciente preocupación por los problemas ambientales ha estimulado el interés de la industria por investigar y mejorar el rendimiento de materiales renovables y biodegradables, con la finalidad de remplazar los polímeros convencionles de la industria petroquímica.

Sobre el tema, Andreeben y Steinbüchel (2018) mencionaron que hace aproximadamente 20 años se comenzaron a desarrollar polímeros sintetizados de fuentes agroindustriales como los provenientes de la fermentación microbiana, los cuales cuentan con buenas propiedades termoplásticas. Por su parte Khan et al. (2016) hacen referencia a la generación de polímeros sintetizados químicamente de agrofuentes como el PLA, el cual tiene un alto potencial para ser utilizado en la industria de los envases renovables para alimentos (Tabla 4). Los mismos autores también hacen referencia a los polímeros sintetizados por fermentaciones microbianas como son el Polihidroxibutirato co-hidroxivalerato (PHB) y el PHA que son poliésteres lineales obtenidos de fuentes de carbohidratos y ampliamente utilizados como polímeros para la elaboración de envases biodegradables.

Tabla 4

Ejemplos de algunos biopolímeros base PLA y la adición de otros polímeros naturales para la conservación de alimentos agrícolas

Envases antimicrobianos biodegradables

El uso de aditivos en conjunto con materiales biodegradables para envases de alimentos aún es limitado, esto se debe a que generan preocupación en cuanto a la inocuidad del producto; sin embargo, los aceites esenciales son de gran interés como compuestos bioactivos y su buena estabilidad con los polímeros, además también son considerados alimentos GRAS (Generalmente Considerados como Seguros, por sus siglas en inglés) (Viuda-Martos et al., 2010).

Sobre el tema, Atarés y Chiralt (2016) mencionaron que la incorporación de aceites esenciales representa un interesante ingrediente para el desarrollo de envases biodegradables por su origen natural y sus propiedades funcionales, lo que permite obtener materiales bioactivos que pueden alargar la vida útil de los productos agrícolas. En últimos años se han probado diversos aditivos en el desarrollo de envases inteligentes. Algunos ejemplos se mencionan en la tabla 5.

Tabla 5

Incorporación de aditivos a matrices poliméricas de diferentes fuentes para su uso como antimicrobianos en películas y envases biodegradables

A.E. = Aceite Esencial

Panorama actual del mercado para los envases biodegradables

Los principales productores de bioplásticos son Asia con el 56 % de la producción, seguido de Estados Unidos con el 16 %, Sudamérica con el 10 % y de éste, principalmente los países de Colombia, Chile, Argentina y Brasil, mientras que, Europa produce el 18 % de estos bioplásticos (Riera y Palma, 2018).

Sin embargo, de acuerdo a Siracusa et al. (2008) los bioplásticos no son económicamente costeables, es por esta razón que es necesario realizar investigaciones que se centren en la disminución de los costos de producción para hacerlos más rentables y competitivos en el mercado. August (2013) también resalta que está preocupación debe ser el principal motivo de investigaciones, que en conjunto se haga un análisis de conexiones que se dirija desde los productos industriales hasta el consumo de los alimentos. Igualmente, Vázquez-Morilla et al. (2018) indicaron que, aunque los bioplásticos tienen una baja presencia en el mercado, su producción ha aumentado aproximadamente 30 %. Actualmente, existen pocos registros de empresas dedicadas a la obtención de bioplásticos, aunque se reporta interés en realizar investigaciones acerca de su forma de obtención, comercialización y uso; por lo que, surgen iniciativas para reducir el uso de plásticos de un solo uso y promover el uso de materiales biodegradables.

A la fecha, su producción y aplicación ha recibido gran atención por parte de la sociedad, legisladores y medios, aúnque en su gran mayoria se centra solo en la implementación o creación de bolsas. De acuerdo con GreenPeace-México (2019) se han incorporado a esta iniciativa varios estados de la República, entre los que se cuentan: Baja California Norte, Baja California Sur, Ciudad de México, Chiapas, Chihuahua, Coahuila, Colima, Durango, Guadalajara, Guerrero, Hidalgo, Nayarit, Nuevo León, Oaxaca, Puebla, Quintana Roo, San Luis Potosí, Sinaloa, Sonora, Tabasco, Tamaulipas, Tamaulipas, Veracruz y Yucatán, los cuales han emitido propuestas para restringir el uso de productos plásticos de un solo uso y promover el uso de materiales biodegradables. En la actualidad, el 65 % de los bioplásticos se utiliza en envases y productos de vida corta (Peelman et al., 2013).

Empresas mexicanas dedicadas a la elaboración de polímeros biodegradables

Hoy en día, son muy pocas las empresas mexicanas que se dedican a la elaboración de biopolímeros, todas ellas obtienen su materia prima de recursos naturales y en su mayoria desperdicios de la agroindustria como son semillas, fibras, cáscaras, bagazo y celulosa, entre otros. Entre ellas destacan Ecoshell, Biofase, BioSolutions y SIEG.

Ecoshell® (2019) es una de las empresas mexicanas con mayor auge en el mercado nacional, la cual fue creada en el año 2010. Esta empresa comercializa diversos productos en los que se incluyen bolsas y empaques, a partir de fecula de maíz, bagazo de caña de azúcar, pajas y PLA. Todos sus productos cuentan con un tiempo de degradación que va de los 90 a los 240 días, siendo composteables (https://www.ecoshell.com.mx). Por su parte, la empresa mexicana Biofase® (2019) se dedica principalmente a la elaboración de biopolímeros a partir de semillas de aguacate. Esta es una empresa que ha sido galardonada internacionalmente y liderea el mercado en Latinoamérica, exportando sus productos a más de 11 países. Entre sus productos destacan los popotes y cubiertos y actualmente, están elaborando cajas para diversos sectores productivos (https://www.biofase.com.mx). Otra de las empresas es BioSolutions® (2019) que se dedica a la elaboración de envases y bolsas a partir de residuos de fibras de agave y la adición del PP (https://biosolutions.mx).

También, existen otras microempresas de reciente creación como son GECO, Biopal y BioCane. GECO elabora vasos y bolsas a partir de cáscara de naranja (https://www.instagram.com/gecotech.co/?hl=es-la). Biopal diseñó un biopolímero a partir de mucílago de nopal, el cual se emplea para la creación de diversos desechables como, vasos, platos y cubiertos (https://invdes.com.mx/agencia-id/la-obtencion-bioplastico-nopal-no-alimenticio-premian-estudiantes-ingenieria) y BioCane que utilizan como materia prima los subproductos de la agroindustria de la caña de azúcar (https://www.facebook.com/BioCaneCompany).

En la tabla 6, se muestra un resumen de las empresas mexicanas que están incursionando en la creación de biopolímeros a partir de residuos agrícolas.

Tabla 6

Empresas mexicanas involucradas en la creación de envases biodegradables y cuya materia prima se basa en residuos agrícola

* Empresas sin registro

Modelo económico de los materiales biodegradables: economía circular

El concepto de economía circular tiene en la actualidad un gran auge, esto lo expresan Lieder y Rashid (2016). Estos autores describen a la economía circular como una serie de desafíos basada en la generación de residuos, escasez de recursos y beneficios de la sostenibilidad, mientras que, Dow Chemical Company (2019) la describe como el maximizar el valor y la utilidad de los recursos a través del diseño de sistemas y materiales más eficientes para transformar lo que solía ser residuos, en recursos que pueden ser utilizados nuevamente. Por otra parte, la ANIPAC (2019) también menciona que la economía circular es un modelo de producción y consumo que busca cambiar el antiguo modelo lineal de usar y tirar, por uno nuevo modelo que simule los ciclos de la naturaleza y sustituya el concepto de “caducidad” por el de “restauración”.

Además, esta economía, se dirige hacia el uso de energías renovables, que sustituyen el uso de químicos tóxicos. Actualmente, se incorporan nuevos enfoques a la antigua tendencia de 3R (reutilizar – reducir – reciclar), ya que redefine y agrega otras actividades (rediseñar – redistribuir – reducir – reutilizar – recuperar – reparar - reciclar), cuya finalidad principal es que se reincorpororen al medio ambiente con la menor afectación posible (ANIPAC, 2019).

De esta manera, se pretende optimizar los materiales, productos y sistemas para poder generar nuevos polímeros que se incorporen al medio ambiente sin contaminar o dejar residuos tóxicos, para así evitar repercusiones que puedan afectar también la salud humana y animal.

Conclusiones

Los envases son de vital importancia para la conservación de los productos agrícolas, no obstante, la materia prima (materiales derivados del petróleo) con los que se han fabricado han causado un impacto muy negativo en el medio ambiente y la salud humana. La preocupación generada por este grave impacto ambiental, económico y social ha llevado a la búsqueda de materiales amigables, por lo que, ahora se dirigie la investigación en el desarrollo de envases a partir de subproductos agrícolas y su efecto en la calidad de los productos envasados durante el almacenamiento. Por otro lado, la incorporación en el modelo de economía circular 7R de estas nuevas tecnologías, permitirá un mejor enfoque en la optimización de los recursos naturales. La inclusión de compañias mexicanas en esta nueva tendencia es de vital importancia.

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Notas de autor