Desarrollo de una película de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), poliácido láctico y microcelulosa esterificada como empaque de productos agrícolas

Abstract

En este trabajo se aborda el desarrollo y se evalúa la aplicación de una película plástica compuesta basada en polímeros biodegradables y un aditivo natural antimicrobiano, como una alternativa sostenible para el manejo postcosecha de productos agrícolas. En el primer capítulo se hace una revisión de los biopolímeros más prometedores para aplicaciones en la industria del envasado, destacándose el poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato, PHBV) y el poliácido láctico (PLA). Analizando las propiedades fisicoquímicas de sus películas, y su semejanza con las propiedades de los polímeros petroquímicos comúnmente utilizados en empaques, como el polipropileno (PP), polietilenotereftalato (PET), polietileno (PE) o poliamida (PA). Adicionalmente, se hizo una revisión del uso de celulosa como aditivo de refuerzo en películas biodegradable, así como el uso de aceites esenciales naturales para otorgar la característica de empaques activos. Habiendo seleccionado, con base en la revisión del primer capítulo, a la microcelulosa (MC) y el aceite de limoncillo (LEO) como los aditivos a incorporar en películas de PHBV/PLA, en el segundo capítulo se describen los materiales y las metodologías para la derivatización de la microcelulosa en diferentes condiciones y la extracción de aceite de limoncillo. Esto con el objetivo de otorgarle características hidrofóbicas y antimicrobianas a la película PHBV/PLA/MC-Est. En el tercer capítulo se hace una evaluación del comportamiento mecánico y como barrera a los gases de una matriz de PHBV con la incorporación de PLA en diferentes proporciones buscando obtener películas rígidas y películas flexibles con propiedades fisicoquímicas adecuadas para ser usadas en la fabricación de empaques para fresas (empaque rígido) y chocolate (empaque flexible). Además, se lleva a cabo un caso de estudio para seguir el perfil sensorial del chocolate mientras se almacena en películas de PHBV, con el objetivo de determinar si estas películas son capaces de preservar las características originales del producto. En el cuarto capítulo, al considerar los resultados obtenidos para las películas de PHBV/PLA del capítulo anterior, se estudia la incorporación de un aditivo de refuerzo que mejore la compatibilidad entre el PHBV y el PLA, y así potenciar las propiedades mecánicas y de barrera a los gases de dichas películas. En este contexto, se lleva a cabo un análisis del proceso de producción de microcelulosa esterificada (MC-Est), centrándose en el estudio de las condiciones de reacción, como el tiempo y la temperatura, durante la síntesis de MC-Est. El propósito de este análisis es determinar su influencia en el grado de sustitución (GS) y la hidrofobicidad de la molécula, factores que afectan las propiedades de barrera y compatibilidad de la película resultante. En el quinto capitulo se presentan los resultados de la incorporación de MC-Est en las películas de PHBV/PLA y PHBV. En la mezcla de PHBV/PLA la adición de MC-Est se utiliza como refuerzo mecánico para mejorar la compatibilidad entre estos dos polímeros, estudiando el impacto en las propiedades mecánicas y de barrera. Para las películas de PHBV, la incorporación de la MC-Est busca reducir la permeabilidad al vapor de agua. Finalmente, en el sexto capitulo, con el objetivo de explorar aditivos “verdes” que puedan aportar un valor agregado a los envases biodegradables y prolongar la vida útil de los productos agrícolas frescos, como las frutas, se investiga el uso del aceite esencial de limoncillo (LEO) como un aditivo activo antimicrobiano. En este estudio se exponen los resultados de los ensayos in vitro e in vivo del LEO contra el hongo Botrytis cinérea usando las fresas como producto agrícola. (Texto tomado de la fuente).

In this work, the development and application of a composite plastic film based on biodegradable polymers and a natural antimicrobial additive as a sustainable alternative for postharvest management of agricultural products. The first chapter provides a review of the most promising biopolymers for applications in the packaging industry, highlighting poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate, PHBV), and polylactic acid (PLA). The physicochemical properties of their films are analyzed, drawing parallels with properties of commonly used petrochemical polymers in packaging, such as polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), or polyamide (PA). Additionally, a review is conducted on the use of cellulose as a reinforcing additive in biodegradable films, as well as the use of natural essential oils to impart active packaging characteristics. Based on the review in the first chapter, micro cellulose (MC) and lemongrass oil (LEO) were selected as additives to be incorporated into PHBV/PLA films. The second chapter describes the materials and methodologies for the derivatization of micro cellulose under different conditions and the extraction of lemongrass oil. This aims to impart hydrophobic and antimicrobial characteristics to the PHBV/PLA/MC-Est film. The third chapter evaluates the mechanical behavior and gas barrier properties of a PHBV matrix with the incorporation of PLA in different proportions, aiming to obtain rigid films for strawberry packaging (rigid packaging) and flexible films for chocolate packaging. Additionally, a case study is conducted to monitor the sensory profile of chocolate stored in PHBV films to determine if these films can preserve the original product characteristics. Considering the results obtained for PHBV/PLA films in the previous chapter, the fourth chapter studies the incorporation of a reinforcing additive to improve compatibility between PHBV and PLA, enhancing the mechanical and gas barrier properties of these films. In this context, an analysis of the production process of esterified micro cellulose (MC-Est) is conducted, focusing on studying reaction conditions such as time and temperature during MC-Est synthesis to determine their influence on the degree of substitution (DS) and molecule hydrophobicity, factors that affect the barrier and compatibility properties of the resulting film. Results of incorporating MC-Est into PHBV/PLA and PHBV films are presented in this chapter. In the PHBV/PLA blend, the addition of MC-Est is used as a mechanical reinforcement to improve compatibility between these two polymers, studying its impact on mechanical and barrier properties. For PHBV films, the incorporation of MC-Est aims to reduce water vapor permeability. The final chapter explores "green" additives that can add value to biodegradable packaging and extend the shelf life of fresh agricultural products, such as fruits. The study investigates the use of lemongrass essential oil (LEO) as an active antimicrobial additive, presenting results from in vitro and in vivo tests against Botrytis cinerea using strawberries as the agricultural product.