Formulación teórica para la obtención de filmes y revestimientos a base de almidón de yuca

Abstract

Considerando la gran problemática ecológica que produce el consumo masivo de plástico, se planteó como objetivo formular un sustituyente para mitigar la contaminación de petroquímicos con altas emisiones de gases de efecto invernadero y daños directos a la biodiversidad. Adicionalmente, la explosión demográfica ha incrementado la demanda de productos alimenticios procesados, incrementando a su vez la producción de material polimérico para su envase y distribución. Inicialmente se hizo un análisis de biopolímeros de diferentes procedencias que tuvieran como factor común, un índice considerable de degradación, determinando que los de tipo polisacárido cumplen con los requerimientos iniciales para considerarse una materia prima base viable en términos de adquisición y almacenamiento. Como resultado el almidón de yuca de origen nativo cumplió con las características necesarias, sin embargo, al compararse con los polímeros convencionales y de mayor demanda en la elaboración de empaques como el PP y el PS, presenta una desventaja con respecto a las propiedades fisicoquímicas. Es por ello, que después de analizar las propiedades de dichos polímeros convencionales se concluyó que el almidón de yuca por sí solo como material no era bastante fuerte, resistente e impermeable; teniendo en cuenta este hallazgo, se planteó la modificación química de este con Quitosano, incluyendo al proceso una serie de plastificantes como el glicerol, agua destilada y extracto de propóleo en etanol en diferentes concentraciones que funcionan como reactivos para la mejora de propiedades importantes como mecánicas, físicas, de barrera y propiedades antimicrobianas. Luego de esto, con el fin de hacer un filme o película con mejores propiedades de barrera ya que hasta ahora no eran tan aceptables, se investigaron diferentes fuentes de residuos aprovechables que sirvieran como aditivo para aportar a la obtención de un biopolímero que funcionara como material para crear empaques en el sector alimenticio, usando la cáscara de uva y sus semillas que según nuestras investigaciones exploratorias cuentan con buenas características de barrera, que al ser adicionadas a nuestro proceso de modificación química del almidón de yuca y los demás plastificantes ya nombrados, otorgaba un aumento en la permeabilidad al agua y el coeficiente de permeabilidad al vapor, así mismo como su resistencia a la tracción y resistencia al impacto. Finalmente hubo una investigación de la maquinaria requerida y el proceso de obtención, en el que paralelamente se estudió la viabilidad en costos la producción de un lote de 1 kg de la película biodegradable. Posteriormente se contrastó con la producción de empaques plásticos de origen petroquímico concluyendo que el proceso de obtención de un bioplástico es un poco más costoso que el de los polímeros normales, pero que produciendo a mayor escala podría llegar a ser competitivo por valor unitario y que ambientalmente haría un impacto muy positivo para la industria alimenticia, la cual en la actualidad depende de los materiales poliméricos para su envase y empaque.

Considering the great ecological problem produced by the massive consumption of plastic, the objective was to formulate a substitute to mitigate petrochemical pollution with high greenhouse gas emissions and direct damage to biodiversity. Additionally, the demographic explosion has increased the demand for processed food products, in turn increasing the production of polymeric material for packaging and distribution. Initially, an analysis was made of biopolymers from different sources that had as a common factor, a considerable degradation index, determining that the polysaccharide type met the initial requirements to be considered a viable base raw material in terms of acquisition and storage. As a result, the native cassava starch fulfilled the necessary characteristics, however, when compared with conventional polymers and those of greater demand in the manufacture of packaging such as PP and PS, it presents a disadvantage with respect to physicochemical properties. That is why, after analyzing the properties of said conventional polymers, it was concluded that cassava starch by itself as a material was not strong, resistant and waterproof enough; Taking this finding into account, the chemical modification of this with Chitosan was proposed, including in the process a series of plasticizers such as glycerol, distilled water and propolis extract in ethanol in different concentrations that function as reagents for the improvement of important properties such as mechanical , physical, barrier and antimicrobial properties. After this, in order to make a film with better barrier properties since until now they were not so acceptable, different sources of usable waste were investigated that would serve as additives to contribute to obtaining a biopolymer that would function as a material to create packaging in the food sector, using the grape peel and its seeds that according to our exploratory research have good barrier characteristics, which when added to our process of chemical modification of the cassava starch and the other plasticizers already named, gave an increase in water permeability and vapor permeability coefficient, as well as its tensile strength and impact resistance. Finally, there was an investigation of the required machinery and the obtaining process, in which the cost feasibility of producing a 1 kg batch of biodegradable film was studied in parallel. Subsequently, it was contrasted with the production of plastic packaging of petrochemical origin, concluding that the process of obtaining a bioplastic is a little more expensive than that of normal polymers, but that producing on a larger scale could become competitive by unit value and that environmentally it would have a very positive impact for the food industry, which currently relies on polymeric materials for its packaging.