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Mayo 2018 | Poscosecha

Desarrollo de nuevos materiales en Chile para exportación de fruta

Empaques activos: un quiebre de tendencia a nivel mundial

Lo que tradicionalmente se ha buscado en los materiales usados en empaques, envases o packaging de alimentos, incluidos los frescos, ha sido la máxima inercia entre envase y alimento. Es decir, una de las características, hasta ahora, ha sido la nula interacción entre el material de empaque y el producto. Ese paradigma cambió y hoy los investigadores están desarrollando materiales para lograr envases activos, o sea, que actúen sobre los alimentos de manera positiva, por ejemplo, para el control de Botrytis cinerea en uva de mesa o arándano, absorción de etileno, etc.

El Código Alimentario determina que los alimentos se envasan para mantener su frescura, para garantizar su inocuidad y para hacerlos más atractivos al consumidor. Es así que el objetivo principal es mantener las características físicas, químicas, nutricionales y sensoriales de los alimentos envasados, en tanto se alarga la vida útil de los mismos.

Un alimento empacado es un sistema formado principalmente por tres componentes: envase, producto y medio ambiente. Su principal función es incrementar la shelf life, duración o vida útil del alimento contenido en el envase, manteniendo condiciones de seguridad e inocuidad, así como las propiedades sensoriales del alimento envasado.

En la actualidad un tercio de los alimentos producidos a nivel mundial son desechados, en general tanto por problemas a nivel de procesamiento como por un envasado no adecuado, que no le aporta la vida útil requerida a un producto determinado.

Según los expertos, cuando se decide envasar un alimento se debe conocer muy bien cuáles son los principales mecanismos de deterioro del producto, los que finalmente limitan la vida útil del alimento que se va a empacar. Además, se debe conocer las diferentes alternativas de materiales disponibles para envases y embalajes para combinarlos de la mejor manera posible.

En este artículo veremos algunos ejemplos de materiales de empaque activos desarrollados en Chile para fruta de exportación, los que tienen como objetivo mejorar la conservación de la fruta o disminuir el impacto medioambiental e inocuidad de los envases en destino.

Doctora María José Galotto, investigadora española del Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos Facultad Tecnológica Universidad de Santiago y directora de Co-Inventa.

FACTORES QUE EMPUJAN LA INNOVACIÓN EN ENVASES

La doctora española María José Galotto, investigadora del Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos Facultad Tecnológica Universidad de Santiago y directora de Co-Inventa (ver recuadro), explica que “son varios los factores que demandan innovación en materia de envases para alimentos. Factores que están relacionados con modificaciones geográficas, con el crecimiento de la población y con las nuevas estructuras familiares. Por ejemplo, la población en Chile y otros países está envejeciendo (en términos relativos). Ese cambio en la estructura etaria está demandando otros tipos de alimentos y otros tipos de envases, dirigidos a las necesidades de poblaciones especiales”.

Indica, además, que debido al cambio climático, un problema que nos afecta a todos, se está discutiendo cómo abordar este peligroso fenómeno a nivel de envases y embalajes, considerando que un gran porcentaje de los alimentos producidos se pierden antes de consumo y que en cierta medida los envases también aportan gases de efecto invernadero, ya sea en su proceso de fabricación o disposición final.

BAJO IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DE LOS ENVASES EN RELACIÓN A LA PÉRDIDA DE ALIMENTOS

El packaging es definido primariamente como un servicio, con la complejidad de que es un servicio que involucra a muchos actores. “Involucra al productor de alimentos, al fabricante de envases, a la cadena de distribución y finalmente, al consumidor; por lo que el embalaje obedece a muchos ‘patrones’ y debe satisfacer muchas diferentes instancias”, señala el doctor Luciano Piergiovanni, investigador de la Universidad de Milán, presidente del Grupo Científico Italiano en Empaque de Alimentos (GSICA, por sus siglas en italiano), presidente de Comisión Técnica Agro Food de UNI (Organización Italiana de Estándares).

Doctor Luciano Piergiovanni, investigador de la Universidad de Milán, presidente del Grupo Científico Italiano en Empaque de Alimentos (GSICA, por sus siglas en italiano), presidente de Comisión Técnica Agro Food de UNI (Organización Italiana de Estándares).

El experto italiano destaca una encuesta oficial que abarcó a todos los países europeos. “Los consumidores europeos están cada vez más orientados a comprar productos que hayan reducido su impacto medioambiental. Esto, que en principio es bueno, conlleva un riesgo, porque la sostenibilidad del embalaje es un asunto muy difícil de definir. Diferentes personas mantienen distintas opiniones sobre este concepto. La realidad es que hoy estamos ante un consumidor desorientado ante las diferentes ofertas y ante los mensajes que le llegan”, advierte Piergiovanni.

En todo caso, señala, los indicadores de impacto ambiental muestran que es en la producción y desperdicio de los alimentos donde se genera el mayor impacto relacionado con gases de efecto invernadero, en tanto que el daño causado por el empaque sería mínimo.          

“La pérdida de alimentos, antes de ser consumidos, es mucho más importante ya que tiene implicaciones éticas, económicas y ambientales. En tanto, el desarrollo de los empaques puede mitigar el problema del desperdicio de alimentos. Si se compara la huella de carbono de los alimentos con la de sus empaques, se concluye que el potencial efecto invernadero de los primeros, es 200 veces superior al de su correspondiente empaque. Esto da un gran espacio para la innovación en los materiales de packaging ya que, si somos capaces de reducir la pérdida alimenticia, sería aceptable incrementar el impacto ambiental del embalaje. Se ha estudiado que si reducimos en un 4% la pérdida de alimentos, habría ganancia aunque el envase incremente su impacto en hasta un 120%”, puntualiza el investigador.

CAMBIO DE PARADIGMA: DE ENVASES PASIVOS A ENVASES ACTIVOS

Considerando que el envase actúa como soporte y protector del alimento, como ya establecimos, hasta ahora se ha buscado disminuir cualquier interacción que pudiera existir entre el envase y el alimento que contiene. “Esa disminución de los procesos de interacción es lo que nos ha llevado a trabajar con materiales barrera, los que disminuyen los procesos de permeabilidad que afectan directamente a la calidad del producto. Menos permeabilidad implica menos oxidación, menos cambio de textura y degradación de vitaminas o cambios de color, por ejemplo”, explica Galotto. Incluso, la legislación a nivel internacional apunta a disminuir la migración y evitar el paso de los componentes de los envases a los alimentos para de este modo garantizar la inocuidad alimentaria.

En ese contexto, la investigadora señala que a nivel mundial estamos ante un cambio de paradigma ya que hoy los esfuerzos de los científicos apuntan a desarrollar envases activos. En estos nuevos empaques ya no se busca la máxima inercia, sino que se busca que el envase interactúe con el alimento de manera positiva.

 

¿QUÉ ES CO-INVENTA?

Co-Inventa, y el desarrollo de envases y empaques para alimentos, está relevado como una prioridad del programa de Transforma Alimentos. Este es un proyecto macro que comenzó a finales de 2016 y tiene como objetivo el desarrollo de envases activos e inteligentes.

Co-Inventa es una plataforma de Innovación Abierta de Envases y Embalajes que nace a partir del proyecto “Plataforma de Innovación en Envases y Embalajes Co-Inventa”, apoyado por los Programas Tecnológicos Estratégicos de CORFO.

Los centros tecnológicos que conforman Co-Inventa están liderados por el laboratorio de envases de la Universidad de Santiago de Chile “LABEN-CHILE”, que trabajan en conjunto con el Centro Regional de Estudio en Alimentos Saludables “CREAS”, la Universidad de Chile, la Pontificia Universidad Católica de Chile, la Universidad de Talca y la Universidad Tecnológica Metropolitana. Además, Co-Inventa cuenta con la participación de la Asociación de Empresas de Alimentos de Chile “ChileAlimentos” y la Asociación de Industriales del Plástico “ASIPLA” como entidades asociadas, que conectan a la plataforma con las empresas nacionales ligadas a la industria agroalimentaria y transformadora de envases.

El problema, según Galotto, es que en la práctica  muchas empresas se muestran reacias a los cambios. “Innoven, interpela la investigadora a las empresas del sector, ya que la innovación les va a permitir lograr productos con mayor vida útil y de mejor calidad”.

Ejemplos en esta nueva categoría de envases son los que absorben oxígeno para evitar los procesos de oxidación o envases con capacidad antimicrobiana, en los que el material del envase lleva incorporado un agente anti hongos o anti bacterias. “En estos casos lo que se busca es que haya migración para obtener un efecto beneficioso sobre el producto envasado, por ejemplo, un efecto fungicida. Lo que logra este tipo de envases, no es impedir el crecimiento o matar los microorganismos que están presentes, lo que hacen es disminuir la velocidad de crecimiento de los microorganismos y por esa vía aumentar vida útil del producto”, dice Galotto. No se pretende detener al 100% el deterioro porque conllevaría fabricar envases de costo muy alto. “Todo eso tiene que estar en la balanza. No necesitamos que los organismos no crezcan, pero sí que crezcan más lentamente”.

Un ejemplo de la incidencia del costo es que por lo general los productos orgánicos utilizan envases convencionales pese a que se podría fabricar envases orgánicos. Sin embargo, “estos costarían 5 veces más que los convencionales por lo que terminarían siendo más caros que el producto que contienen”, sostiene.

Desde el punto de vista de la sustentabilidad y la ética, los nuevos materiales de envase deberán ser biodegradables y compostables y además ser demostrable que el compost que se genera de esos materiales no es ecotóxico. Todo lo cual va a empujar al uso de monomateriales y al ecodiseño de materiales, por lo que se anticipa que aparecerán compuestos de fuentes alternativas renovables, pero que además serán compostables.

Doctor Francisco Rodríguez, investigador del Laboratorio de Envases, LABEN-Chile, de la USACH.

Los iones de plata liberados por nanopartículas provocan la descomposición de la membrana celular, proceso que finalmente lleva a la destrucción y muerte del microorganismo. Las micropartículas de cobre tendrían un efecto similar, según Francisco Rodríguez.

DEFINICIÓN Y TIPOS DE ENVASES ACTIVOS

El número de trabajos científicos asociados al área de investigación y desarrollo de envases activos ha ido en constante crecimiento en los últimos 20 años. Existen diferentes definiciones de envases activos, explica el doctor Francisco Rodríguez, investigador del Laboratorio de Envases, LABEN-Chile, de la USACH.

En primer lugar, indica, conviene tener claro que envase activo no es lo mismo que envase inteligente. “Aunque a veces se utilizan como conceptos equivalentes, el envase activo es un elemento que mejora la calidad del alimento envasado y aumenta su vida útil del producto. En tanto que el envase inteligente cumple la principal función de informar al consumidor. Esto va desde algunas etiquetas y sistemas QR, a sensores que indican el estado del alimento en el interior o el estado de madurez de consumo de una fruta”, señala Rodríguez. Es decir, los envases activos se diferencian de los inteligentes en las funciones que cumplen. El activo se asocia a la protección del alimento en tanto que el inteligente se asocia a la información que es capaz de entregar sobre la calidad o condición del producto envasado.

Hay dos mecanismos principales por los que los envases activos van a cumplir su función. Sistemas basados en liberación de sustancias y sistemas caracterizados por absorber o remover sustancias. En los primeros, desde el envase se va liberando una sustancia que llega al alimento y mitiga el principal proceso de deterioro que sufre ese alimento. Por ejemplo, sustancias antimicrobianas o antioxidantes. En el caso de los segundos, los que absorben, estos deben extraer sustancias que puedan afectar la calidad del producto. Por ejemplo, oxígeno, CO2, etileno, exceso de humedad, etc.

Para desarrollar un envase activo se debe contar con un agente activo. Este puede corresponder a una sustancia, a más de una sustancia, puede ser una sustancia que esté incorporada en otra, etc.

Para diseñar ese tipo de envase hay que determinar las condiciones que debe cumplir este aditivo. Primero se debe conocer su naturaleza u origen, cuál es su modo de acción, dimensiones (atributo en que entran como tendencia las nanotecnologías) y estructura.

“En cuanto a su naturaleza u origen, podemos encontrar agentes activos de amplio espectro. Va desde sustancias inorgánicas tales como metales y óxidos, hasta sistemas biológicos tales como enzimas e incluso microorganismos. Hoy día se habla de las bacteriocinas, compuestos naturales derivados de aceites esenciales, sales orgánicas, sustancias acomplejantes como el EDTA y otros”, explica Rodríguez.

 

PACLIFE: la irrupción de la tecnología de Atmósfera Modificada Activa

Al inicio de esta década Paclife introdujo sus nuevos envases de Atmósfera Modificada Activa con Nanotecnología y aditivos activos. Hoy esta tecnologia está protegida y registrada (Pat. N° 50.344).

El principio activo desarrollado por los técnicos de Paclife, incorporó aditivos orgánicos e inorgánicos basados en la arcilla Zeolita que entre otras propiedades permite absorber agua, gases nocivos, olores rancios y lo más importante, absorber etileno, el gas de la maduración (C2H4). Paclife consiguió un envase mas seguro y estable, ampliando los rangos de procesos de empacado con temperaturas de fruta incluso mas altas, sin afectar o poner en riesgo la creación de atmosfera inicial. Los envases PacLife logran formar atmósfera modificada en 24 horas una vez cerrados sus envases.

Para el caso de Kiwi de exportación de envío temprano, que utilizan envases Paclife de Atmósfera Modificada. Activos con la propiedad incorporada de absorber el etileno, estudios recientes realizados por el área de Investigación y Desarrollo de la Compañía han probado que las bolsas MAP Activas Paclife permiten oxidar o disminuir cuatro veces la concentración de etileno al interior del envase comparado con bolsas MAP tradicionales que se basan solo en perforaciones.  Además, su lámina polimérica termo-sensible se adapta a los cambios de temperatura, modificando su permeabilidad de forma dinámica acorde con los requerimientos exigidos por el metabolismo del fruto, constituyéndose en una gran ventaja.

CRECIENTE DESARROLLO DE NANOTECNOLOGÍAS

Según el investigador, en la actualidad se está apuntando a trabajar con nanopartículas de diferentes compuestos, por ejemplo, de óxido de titanio. Lo que se intenta complementar con otros metales de modo que la energía exterior excite a estas moléculas y genere especies reactivas con el oxígeno, las que pueden cumplir acciones tales como oxidación de sustancias orgánicas o degradación de microorganismos, entre otras.

Advierte Rodríguez que el desarrollo de las nanotecnologías ha ido más rápido que su regulación y legislación. Por lo que si bien ya se han podido generar sistemas de amplia actividad antimicrobiana, los aspectos de seguridad todavía están en discusión.

Las nanopartículas se caracterizan porque presentan un área superficial muy extendida y por tanto tienen una actividad antimicrobiana o catalítica mucho más alta que un sistema con elementos de mayor tamaño.

Un ejemplo es el óxido de zinc. “Se ha comprobado que este compuesto en dimensiones nanométricas presenta un espectro de control microbiológico muy grande sobre hongos, levaduras y bacterias, pero no así en sistemas de mayor tamaño de partícula. Sin embargo, el menor tamaño también puede implicar riesgos, lo que está generando bastante discusión en el último tiempo, según el investigador.

Cuando se tiene el compuesto activo, llega la hora de encontrar la forma de incorporarlo en el envase, ya que puede haber muchas limitantes para conseguir ese objetivo. Existen estrategias que van desde soportar un compuesto activo sobre otro, encapsular las sustancias activas en otras matrices, incorporarlos como aditivos en un plástico, cubrirlos con un coating, etc. En caso de que el agente activo pueda ser incorporado dentro de la matriz plástica a través de un proceso de transformación tradicional, ya elaborado el material, la sustancia va a migrar y va a llegar al alimento para ejercer su acción.            

Por otro lado, Rodríguez señala la existencia de materiales que por sí mismos tienen funciones antimicrobianas. Pone como ejemplo al quitosano. “Este hidrocoloide que se extrae del exoesqueleto de algunos crustáceos y otros artrópodos, tiene la capacidad de formar películas e intrínsecamente presenta actividad antimicrobiana. Es uno de los materiales más estudiados en el último tiempo porque tiene varias aplicaciones, por ejemplo, funciona como piel artificial”.

En el caso de la fruta de exportación, el uso de sachets corresponde a una de las técnicas más antiguas en lo referente a envases activos. El ejemplo clásico es el uso de la sal metabisulfito de sodio, precursor que ante la presencia de humedad genera dióxido de azufre (SO2), el que es muy utilizado para el control de Botrytis cinerea en uva de mesa de exportación. Otro ejemplo es el control de etileno, principalmente en base a sales de permanganato.

 

SMARTPACK: LA MAYOR EFICIENCIA POSIBLE CONTRA BOTRITIS

En SmartPac se utiliza el mismo precursor que en los generadores convencionales de anhídrido sulfuroso (SO2), sean estos de papel o de plástico, o sea, el metabisulfito de sodio (Na2S2O5). Esta es una sal que reacciona con la humedad generada por la fruta y se transforma en SO2, gas que controla el desarrollo de botritis (Botrytis cinerea) en uva de mesa o arándanos.

La novedad de la tecnología SmartPac está en que es una bolsa que contiene el ingrediente activo como parte de su matriz de plástico. Es decir, el precursor está retenido entre las capas de un film cuyas capas internas y externas no son iguales. “Como el metabisulfito de sodio forma parte del propio material de embalaje, la bolsa libera SO2 por toda la superficie interior de manera mucho más homogénea. De este modo ya no se requiere de una fuente que libere altas dosis para que el gas se distribuya uniformemente en la fruta dentro de la caja”, señala Cáceres.

El desarrollo de lo que ahora es SmartPac partió hace cerca de 10 años cuando el equipo de Quimas , buscaba satisfacer los requerimientos de importadores de uva de mesa de Inglaterra, quienes demandaban una tecnología de poscosecha de menor impacto medioambiental. Sin embargo, “el anhídrido sulfuroso no pudo ser reemplazado porque no existe otro compuesto tan eficiente para el control de botritis. Pero se llegó a la idea de desarrollar una bolsa que llevara el anhídrido sulfuroso incorporado, con el fin de ser lo más eficiente posible con el ingrediente activo, de modo de bajar el impacto medio ambiental”, explica Cáceres.

PROYECTOS FRUTÍCOLAS DEL LABORATORIO DE ENVASES LABEN

El sistema activo más estudiado en la actualidad es el antimicrobiano, dado que apunta al principal proceso de deterioro de distintos tipos de alimentos, ya sean frescos o procesados. Luego siguen los envases con capacidades antioxidantes y otros más específicos, como los con capacidad de remover etileno.

Cuando se trata de incorporar una sustancia antimicrobiana en un material de envase, una de las claves es que la tasa de liberación de la sustancia esté acorde con la tasa de crecimiento del microorganismo. Si la población crece muy rápido y la tasa de liberación de la sustancia es muy lenta, el sistema no funciona. Tampoco en el caso contrario.

En la literatura lo que más se encuentra son distintos aditivos de actividad antimicrobiana. La plata es uno de los sistemas más estudiados y la principal diferencia entre los distintos sistemas, por lo general, es el tamaño de la partícula, por ejemplo, si va a ser nano, si estará encapsulada, etc. Las micropartículas de plata rompen las membranas celulares de los microorganismos. “En nuestro laboratorio hemos estudiado el comportamiento del cobre y muestra un comportamiento bastante similar a la plata, y es de amplio espectro, por lo que es una buena alternativa. En menor medida se encuentran sustancias naturales, por ejemplo, derivados de la mostaza”, dice el investigador.

Por cientos de años la plata ha sido utilizada por su habilidad de destruir bacterias y otros microorganismos. Es así que los antiguos romanos trataban su agua con monedas de plata y hoy la NASA usa ese mismo metal para purificar el agua de naves espaciales.

Según Rodríguez, los envases bio o basados en sustancias naturales representan una importante tendencia, con la que se busca evitar el uso de sustancias químicas. Por ejemplo, “se encuentran sustancias naturales de actividad antimicrobiana en la canela, en el orégano, y en una larga lista de vegetales. De especies como esas se obtienen extractos naturales o componentes de esos extractos. Además de que esas estructuras naturales posteriormente se pueden sintetizar”, apunta. Un ejemplo de control de botritis en frutilla se encuentra en un estudio realizado en España, donde se utilizó un compuesto natural que se encontró en la misma frutilla. En este caso, un metabolito secundario que se utiliza en una concentración muy alta para controlar el desarrollo de botritis.

Por su parte, en LABEN, hace un par de años, llevaron a cabo un proyecto Corfo, en el que también participó INIA y la Universidad de Wageningen (Holanda), en que lograron incorporar en un film de polietileno una sustancia natural que controla botritis. “El resultado fue bastante interesante cuando se lo comparó con el efecto obtenido por el metabisulfito (generador de SO2). Trabajamos a 35 días a cero grados Celsius y se vio bastante similitud de resultados entre el sistema en base a SO2 y nuestro sistema. El problema es que cuando se retiran los materiales de empaque, el SO2 presenta un efecto más perdurable en el tiempo (en el anaquel de venta). Sin embargo, los resultados para nosotros son alentadores. Si bien no tenemos un producto final, si tenemos aditivos, en base a compuestos naturales, que pueden funcionar bastante bien en el control del hongo”, explica Rodríguez.

Hoy este desarrollo ha tomado relevancia ya que, si bien desde hace más de 30 años que se utiliza el metabisulfito como generador de SO2, el problema es que este último compuesto en la actualidad está cuestionado ya que EEUU lo sacó de la Lista GRAS (Generally Recognized As Safe) de la FDA (Food and Drug Agency). Además de que el SO2 puede generar algún nivel de daño en la fruta, en relación a la salud humana se ha detectado que puede producir alergia en niños. Por esta razón, es cada vez más necesario desarrollar nuevas alternativas.

“Los resultados que obtuvimos fueron muy interesantes porque incluso llegamos a hacer pruebas en fruta. Una cosa es llegar a resultados de control con un material en el laboratorio y otra lograrlos directamente en la fruta. Nosotros no somos expertos en fruta por lo que esas pruebas las hicimos en INIA (Dr. Bruno Defilippi). En comparación con el metabisulfito, bajo condiciones de refrigeración, el nivel de control se comportó muy parecido al sistema tradicional. Nuestro sistema perdía eficacia recién luego de que la fruta se sacaba de la refrigeración y en shelf life fallaba respecto de la protección otorgada por el metabisulfito, ya que este último mantiene su acción”, detalla Francisco Rodríguez.

En el laboratorio también han trabajado con murta (o murtilla), fruta originaria del sur de Chile. “Generalmente se trabaja con la fruta, pero nosotros usamos las hojas. Aplicamos la sustancia sobre polietileno con un coating en base a un hidrocoloide. En estudios in vitro observamos que este sistema reducía el crecimiento de la bacteria listeria, incluso hasta los 60 días desde el contacto. Además, el material muestra capacidades antioxidantes. Todo esto en base a un extracto natural. Esta línea de investigación es importante porque nuestro país es rico en berries y hoy sabemos que las sustancias extraídas de las hojas también muestran actividad”, precisa el investigador.

Varias especies frutales de exportación sufren el efecto del etileno, por ejemplo, palta y kiwi en el caso de nuestro país, lo que complica por las largas distancias que debe recorrer la fruta para llegar a los mercados de destino. El etileno es un gas generado por la propia fruta, pero que además puede ser sintetizado. Esta fitohormona acelera los procesos de maduración de la fruta, provocando cambios de color y ablandamiento. En kiwi se ha utilizado el metilciclopropeno como estrategia para frenar la maduración de la fruta, con el problema de que posteriormente esta molécula no permite a la fruta madurar.

Explica Rodríguez: “A través de un proyecto Fondef buscamos incorporar al sistema una zeolita natural que se encuentra en Chile y la modificamos químicamente para aumentar su capacidad de remoción de etileno. En el proyecto trabajamos con varias empresas, entre las que se cuenta San Jorge Packaging. Básicamente tomamos este mineral modificado, generamos un masterbatch y a partir de eso fabricamos películas activas. El estudio en fruta lo hicimos con INIA en base a banana, porque esta fruta es un muy buen modelo para evaluar la remoción de etileno. El resultado es que con nuestro sistema en base a zeolitas logramos retrasar la maduración un par de días en comparación al sistema con permanganato (el estándar)”.

Si bien estos desarrollos aun no han decantado en productos finales que hayan impactado en los procesos de exportación de perecibles, como es el caso de la fruta, el programa Co-Inventa contempla una línea que comenzará en 2018 un proyecto sobre botritis en que los investigadores de LABEN esperan aplicar todos los conocimientos que han generado hasta ahora.