Films biodegradables con piel de plátano: valorización de subproductos para nuevos envases alimentarios

Chelo González Martínez, Empar Sáez González, Layla Balbaki Tibik, Eugenia, Martín Esparza y Amparo Chiralt Boix, investigadoras del Instituto de Ingeniería deAlimentos-FoodUPV, Universitat Politècnica de València

El envase alimentario cumple una función tecnológica esencial: proteger el alimento, facilitar su distribución y preservar su seguridad y calidad durante la vida útil. Durante décadas, los plásticos convencionales han respondido eficazmente a estas necesidades gracias a su versatilidad, bajo coste y buenas propiedades mecánicas y barrera. Sin embargo, su origen mayoritariamente petroquímico y su persistencia ambiental han situado al sector ante un reto cada vez más urgente: desarrollar materiales más sostenibles sin perder funcionalidad.

En este contexto, los polímeros biodegradables y/o compostables representan una alternativa de gran interés, aunque su uso industrial todavía está condicionado por el precio, la disponibilidad y, en algunos casos, por prestaciones inferiores a las de los plásticos convencionales. Una estrategia para mejorar su competitividad consiste en utilizar residuos agroalimentarios de bajo o nulo coste como material de relleno, siempre que estos sean compatibles con el procesado y aporten propiedades adecuadas al material final. Esta aproximación permite reducir la fracción de polímero utilizada, aportar nuevas funcionalidades, valorizar residuos y avanzar hacia un modelo de economía circular.

La transformación industrial del plátano en purés, batidos, snacks u otros productos genera cantidades importantes de piel. Lejos de ser una fracción inerte, este residuo contiene almidón, celulosa y otros polisacáridos, además de proteínas, lípidos y compuestos bioactivos, como fenoles, taninos y carotenoides, con probada actividad antioxidante.

Esta composición permite plantear un doble aprovechamiento. Por una parte, el polvo de piel de plátano (PPP) puede actuar como material de relleno y reducir el contenido de polímero. Por otra, sus compuestos bioactivos podrían conferir al film una funcionalidad adicional frente a procesos de oxidación. Con este enfoque, el Instituto Universitario de Ingeniería de Alimentos-FoodUPV ha estudiado su incorporación en diferentes matrices poliméricas biodegradables para obtener films destinados al envasado de alimentos sensibles a procesos oxidativos.

El estudio se planteó en varias etapas, desde la caracterización del polvo seco, molido y tamizado hasta el escalado del material seleccionado empleando diferentes condiciones en el proceso (Figura 1). En primer lugar, se caracterizó el polvo de piel de plátano obtenido tras un proceso de secado y molienda con el fin de determinar su idoneidad como ingrediente tecnológico antes de la incorporación en matrices poliméricas. La caracterización incluyó la cuantificación de la cantidad de fenoles totales, capacidad antioxidante y estabilidad térmica del mismo.

A continuación, se desarrollaron films a partir de tres polímeros comerciales biodegradables: policaprolactona (PCL), poli(adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT) y succinato de polibutileno (PBS).

Se compararon distintas vías de obtención de los pellets, por mezclado en fundido o por extrusión, y se estudió también el efecto de la incorporación de glicerol en la mezcla como plastificante. Los films se obtuvieron mediante termocompresión, y posteriormente se avanzó hacia una fase de escalado semipiloto, empleando una extrusora monohusillo para producir un film continuo. Las propiedades mecánicas y barrera, microestructura y capacidad antioxidante de los materiales analizados fueron los parámetros evaluados.

La actividad del agua del PPP se mantuvo por debajo de 0,6 en todos los lotes analizados, una condición favorable para limitar reacciones de deterioro y asegurar la estabilidad del polvo durante el almacenamiento. Además, el PPP presentó un notable contenido en compuestos fenólicos totales y capacidad antioxidante, lo que confirmó y reforzó el interés de este residuo como posible componente activo del material.

La caracterización térmica fue necesaria, ya que el procesado por termocompresión y extrusión exige someter el material a temperaturas elevadas. El PPP mostró estabilidad adecuada en el intervalo de temperaturas empleadas para obtener los films, con pérdidas de masa muy limitadas (por debajo del 3 %) asociadas principalmente a la pérdida de agua y compuestos volátiles. Esto permitió confirmar que las condiciones de procesado utilizadas eran compatibles con la incorporación del residuo.

La incorporación de PPP modificó de forma clara el comportamiento de los films. Desde el punto de vista microestructural, su presencia aumentó la heterogeneidad del material. Este comportamiento es habitual cuando una carga vegetal rica en polisacáridos, como el PPP, se dispersa en matrices poliméricas hidrofóbicas. Si la adhesión interfacial no es completa, pueden aparecer discontinuidades y zonas de menor cohesión. Estas discontinuidades en la matriz provocaron una reducción de la resistencia mecánica de los films con elevadas cargas de PPP (alrededor del 50%).

En relación con las propiedades barrera, los films con PPP presentaron una mayor permeabilidad al vapor de agua respecto a los films con polímeros puros, en consonancia con el carácter hidrofílico del residuo, especialmente por la presencia de polisacáridos capaces de interaccionar con el agua. Por el contrario, la incorporación del PPP mejoró la capacidad barrera al oxígeno de los films respecto a las matrices poliméricas puras, siendo positiva la presencia de glicerol.

Este comportamiento puede asociarse a un aumento de la tortuosidad para la difusión del gas y, también, a la presencia de compuestos fenólicos en el material, que actúan como captadores de oxígeno, limitando los procesos oxidativos. Para el envasado de alimentos sensibles a la oxidación, esta combinación es especialmente relevante. Reducir el acceso de oxígeno y mantener compuestos capaces de intervenir frente a reacciones oxidativas podría contribuir a retrasar la pérdida de calidad, aunque esta función debe confirmarse mediante ensayos con alimentos reales.

Entre las matrices evaluadas, el PBS ofreció el equilibrio más favorable, principalmente por su menor permeabilidad al oxígeno y sus mejores prestaciones mecánicas. Por ello, se seleccionó como polímero base para avanzar hacia el escalado del proceso, incluyendo el máximo contenido viable de PPP (27 %) y comparando dos rutas de fabricación (Figura 1): termocompresión y extrusión. El film obtenido por termocompresión presentó mejor capacidad barrera al oxígeno y mayor resistencia mecánica, mientras que la extrusión a escala semipiloto permitió obtener un film continuo y más deformable.

Esta diferencia refleja la importancia del proceso de obtención sobre la estructura y las propiedades del material. La extrusión supone una vía de mayor interés industrial, pero los resultados indican que todavía es necesario optimizar sus condiciones para mejorar la homogeneidad y reproducibilidad del film.

Uno de los resultados más relevantes fue encontrar que el material composite a base de PPP desarrollado a nivel semipiloto conservaba los compuestos fenólicos y capacidad antioxidante del residuo (Tabla 1). Este aspecto confirma que, pese a las condiciones térmicas y mecánicas del procesado, parte de la funcionalidad asociada a la piel de plátano se mantiene en el material final.

Tabla 1. Contenido en fenoles totales y capacidad antioxidante del polvo de piel de plátano (PPP) y de los films obtenidos a nivel semipiloto.

Desde la perspectiva del envase activo, este resultado es prometedor. Un envase activo no solo actúa como barrera física, sino que puede contribuir a proteger el alimento frente a procesos de deterioro, como la oxidación lipídica. Aunque son necesarios más estudios en alimentos reales, la potencial capacidad antioxidante del film obtenido abre una vía interesante para futuras aplicaciones en productos con un contenido importante de grasa, como frutos secos, turrones o chocolate.

La valorización de residuos agroalimentarios para el desarrollo de envases también plantea exigencias de control y debe considerar también aspectos de seguridad, estabilidad y reproducibilidad. La composición de la piel de plátano puede variar según el origen, la variedad, el grado de madurez o el tratamiento previo, por lo que controlar la calidad del polvo y definir especificaciones es fundamental. Además, al tratarse de un componente vegetal, es necesario estudiar posibles migraciones, la interacción con alimentos reales, cambios sensoriales o la estabilidad durante el almacenamiento.

Desde el punto de vista industrial, el principal reto es transformar una formulación prometedora en un material procesable de forma continua. La obtención de film por extrusión realizada en este trabajo demuestra la viabilidad inicial del escalado, pero también evidencia la necesidad de ajustar el proceso para optimizar los resultados. La reducción del tamaño de partícula y la mejora en la dispersión del polvo en la matriz, y la optimización de las condiciones de extrusión serán claves para mejorar la homogeneidad y el rendimiento del material.

Este enfoque conecta con una tendencia clara del sector: diseñar envases que no solo reduzcan el impacto ambiental, sino que mantengan prestaciones técnicas y que puedan integrarse en procesos de fabricación existentes.

La valorización de la piel de plátano para el desarrollo de films biodegradables representa una estrategia prometedora dentro del envase alimentario sostenible. El trabajo demuestra que este residuo puede incorporarse a matrices biodegradables, reduciendo su coste, mejorando la capacidad barrera al oxígeno del envase y aportando una potencial actividad antioxidante.

El PBS fue la matriz más adecuada para avanzar hacia el escalado, permitiendo obtener films por termocompresión y por extrusión. Aunque el procesado por extrusión requiere una optimización adicional y una validación con alimentos reales, los resultados confirman el interés de combinar polímeros biodegradables y residuos agroalimentarios como vía para desarrollar envases más sostenibles, potencialmente activos y alineados con los principios de economía circular.