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DESARROLLO DE BIOPELÍCULAS DEGRADABLES
A PARTIR DE HARINA DE FRUTA DE PAN
(ARTOCARPUS ALTILIS), COMO ALTERNATIVA
AL USO DE PLÁSTICOS SINTÉTICOS
CONVENCIONALES
DEVELOPMENT OF DEGRADABLE BIOFILMS FROM BREADFRUIT
(ARTOCARPUS ALTILIS) FLOUR AS AN ALTERNATIVE TO THE USE OF
CONVENTIONAL SYNTHETIC PLASTICS
Recibido: 27/10/2024 – Aceptado: 11/11/2024
Gabriel Alejandro Moreno Toasa
Docente-Investigador FCIAB en la Universidad Técnica de Ambato
Ambato - Ecuador
Master en Química Aplicada con especialización en Química Molecular y Química de Materiales
Universidad Autónoma de Madrid
ga.morenot@uta.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-1976-8699
Inés Abigail Galarza Sanabria
Investigador Independiente
Ambato - Ecuador
Ingeniera en Alimentos de la Universidad Técnica de Ambato
igalarza4372@uta.edu.ec
https://orcid.org/0009-0000-9465-0212
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Cómo citar este artículo:
Moreno, G., Galarza, I.,& Sailema, M. (Enero – Diciembre 2024). Desarrollo de biopelículas degradables a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis), como alternativa al uso de
plásticos sintéticos convencionales. Tierra Innita (10), 153-173. https://doi.org/10.32645/26028131.1312
Magdalena Lizbeth Sailema Ortiz
Investigador en la Universidad de Buenos Aires
Buenos Aires – Argentina
Ingeniera Bioquímica
Universidad Técnica de Ambato
magdaliz_so@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0002-6092-194X
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Moreno, G., Galarza, I.,& Sailema, M. (Enero – Diciembre 2024). Desarrollo de biopelículas
degradables a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis), como alternativa al
uso de plásticos sintéticos convencionales. Tierra Innita (10), 153-173. https://doi.
org/10.32645/26028131.1312
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Desarrollo de biopelículas degradables a partir
de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis),
como alternativa al uso de plásticos sintéticos
convencionales
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Moreno, G., Galarza, I.,& Sailema, M. (Enero – Diciembre 2024). Desarrollo de biopelículas degradables a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis), como alternativa al uso de
plásticos sintéticos convencionales. Tierra Innita (10), 153-173. https://doi.org/10.32645/26028131.1312
Resumen
El presente trabajo analiza la problemática ambiental derivada del uso de plásticos sintéticos
convencionales, los cuales, debido a su resistencia y prolongada vida útil, generan acumulación
de residuos y problemas de salud asociados a la ingesta de microplásticos y la liberación
de sustancias tóxicas. Como alternativa sostenible, se propone el desarrollo de biopelículas
biodegradables a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis). El objetivo de la
investigación es evaluar la viabilidad de estas biopelículas como sustituto ecológico de los
plásticos derivados del petróleo, mediante la caracterización de sus propiedades físicas,
mecánicas y ópticas, así como su capacidad de degradación en condiciones controladas de suelo.
La metodología incluyó la obtención de biopelículas a partir del almidón presente en la harina de
fruta de pan, seguido de pruebas para determinar sus propiedades y tasa de biodegradabilidad.
Las biopelículas elaboradas en laboratorio, fueron sometidas a condiciones controladas de
degradación en suelo. Los resultados indicaron que estas biopelículas presentaron buenas
propiedades físicas, mecánicas y ópticas adecuadas para su uso como material alternativo a los
plásticos sintéticos, con una capacidad de degradación completa en un tiempo aproximado de
30 días. En conclusión, se demostró que las biopelículas a base de harina de fruta de pan son
una solución viable y ecológica para reducir la contaminación ambiental causada por plásticos
convencionales, contribuyendo a la sostenibilidad del entorno.
Palabras Clave: Biopelículas, Degradación, Fruta de pan, Almidón, Bioplástico.
Abstract
This work analyzes the environmental problems derived from the use of conventional synthetic
plastics, which, due to their resistance and long useful life, generate waste accumulation and
health problems associated with the ingestion of microplastics and the release of toxic substances.
As a sustainable alternative, the development of biodegradable biolms from breadfruit our
(Artocarpus altilis) is proposed. The objective of the research is to evaluate the viability of
these biolms as an ecological substitute for petroleum-derived plastics, by characterizing
their physical, mechanical and optical properties, as well as their degradation capacity under
controlled soil conditions. The methodology included obtaining biolms from starch present
in breadfruit our, followed by tests to determine their properties and biodegradability rate.
The biolms prepared in the laboratory were subjected to controlled degradation conditions in
soil. The results indicated that these biolms presented good physical, mechanical and optical
properties suitable for use as an alternative material to synthetic plastics, with a capacity for
complete degradation in approximately 30 days. In conclusion, it was demonstrated that biolms
based on breadfruit our are a viable and ecological solution to reduce environmental pollution
caused by conventional plastics, contributing to the sustainability of the environment.
Kew Words: Biolms, Degradation, Breadfruit, Starch, Bioplastic.
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Introducción
Los residuos plásticos son de limitada degradación y su producción excesiva, genera alto
impacto ambiental (Jaén et al. 2019) como: contaminación del agua, suelo, aire, ora y fauna,
deteriorando el entorno natural ya que al no reutilizar ni reciclar, son transportados mediante
lluvias o animales, hacia los océanos y al estar en el entorno marino se enfrentan a condiciones
variables como: temperatura, salinidad, radiación UV y fuerzas mecánicas de la marea, dando
lugar a la formación de los macro (>5mm) o micro (<5mm) plásticos (García and Renteria
2019); Acumulándose en organismos acuáticos migrando a la cadena alimenticia (Elías 2015).
En las últimas décadas el uso de plásticos sintéticos se ha elevado de forma signicativa, se
conoce que al año en todo el mundo son producidas alrededor de 380 millones de toneladas de
plástico (Buteler 2019); el 9% se recicla, 12% se incinera y el 79% contamina los ecosistemas
acumulándose en basureros, desagües, ríos y océano (García and Renteria 2019).
En el Ecuador el consumo de plástico es de 20 kg per cápita, en comparación con
Perú y Colombia; cada habitante ecuatoriano produce un promedio de 0,58 kg/día de residuos
sólidos. Además, se estima que el 79% de plástico que ha sido producido desde los años 50, se
encuentran en vertederos o en medio de la naturaleza (Riera and Palma 2018); demostrando que
es necesario alternativas sostenibles que limiten y reduzcan la cantidad de plástico; es por ello,
que el desarrollo de bioplásticos a partir de fuentes naturales son alternativas amigables para el
medio ambiente.
1.1 Películas Biodegradables
Las películas biodegradables se denen como láminas nas que se elaboran a partir de 3
componentes: polímero natural, disolvente y plasticante (Solano-Doblado et al. 2018). Su
principal característica es su biodegradabilidad ya que al ser parte de una matriz orgánica
poseen la capacidad para transformarse y deteriorarse por acción de microorganismos de forma
natural (Velasco et al. 2012). La acción de los microorganismos en la biopelícula es importante
ya que la degradación es más simple (Acosta Medina et al. 2023); Sin embargo, existen diversas
investigaciones que demuestran que dicha acción microbiana depende del tipo de biomolécula,
es decir, cuando se trabaja con harinas de distintos carbohidratos como papa, arroz o yuca se
procesan películas biodegradables de una mejor calidad y eciencia (López et al. 2017).
1.2 Fruta de pan (Artocarpus altilis)
La fruta de pan (Artocarpus altilis) es un alimento nutritivo originario del sudeste asiático que
se ha extendido y cultivado en regiones tropicales del mundo, en el Ecuador se producen en
la Costa y Amazonia, regiones cálidas para su cultivo. Los árboles son grandes (15-20 m) de
hojas verdes con una nervadura central y venas principales (Kehinde et al. 2022). Sus frutos de
forma ovalada (12-20 cm diámetro), corteza espinosa poseen una pulpa brosa de color blanco
cremoso o amarillo pálido de donde surgen sus semillas marrones, oblongas poco aplanadas que
contiene una cáscara tipo leñosa que ofrece protección (Mera 2022). Debido a su alto contenido
en carbohidratos y minerales como calcio, hierro, fosforo y vitamina C, es un alimento que se
utiliza para diversos nes (Cabrera Durán and Castillo Martinez 2018). En la actualidad, se
producen harinas de esta fruta permitiendo obtener subproductos como: galletas, cupcakes,
mufns, barras energéticas, entre otros (Trejo et al. 2001).
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Desarrollo de biopelículas degradables a partir
de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis),
como alternativa al uso de plásticos sintéticos
convencionales
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1.3 Harina de fruta de pan (Artocarpus altilis)
En Ecuador, existe un gran número de especies vegetales de la región amazónica que se
encuentran desaprovechadas como la fruta de pan, su producción en el país es por temporadas
(junio- septiembre) y puede llegar a ser abundante, pero al no ser conocida, no es aprovechada
en su totalidad ya que es utilizada como alimento para animales (Cabrera Durán and Castillo
Martinez 2018). La harina de fruta de pan (Artocarpus altilis) es de color blanco, hasta alcanzar
un tono amarillento, de sabor dulce con una textura granular na y consistencia de polvo,
después del tamizado, eliminando los gránulos gruesos (Yaguacge 2021). Además, tiene un alto
rendimiento porcentual 17,9% a comparación de otras harinas vegetales como: yuca, plátano,
arroz, entre otras; Finalmente, es una fuente de nutrientes que contiene calcio, niacina, potasio
y hierro. Se conoce que el almidón es uno de los componentes principales de la harina de
fruta de pan, generando una fuente alta en carbohidratos; se estima que la cantidad de almidón
comprende entre 70-80% por lo que es una buena opción para aquellos que necesitan una
ingesta alta de carbohidratos altamente nutritivo (Cabrera Durán and Castillo Martinez 2018).
Por último, las biopelículas de fruta de pan (Artocarpus altilis) son prometedoras
debido a su capacidad para degradarse en el medio ambiente, reduciendo así la acumulación
de desechos plásticos no biodegradables. Además, son seguras para su uso y consumo en
aplicaciones alimentarias ya que ayudan a proteger y prolongar la vida útil de algunos alimentos
(Chariguamán 2015). Estos bioproductos sirven como una alternativa a la sustitución de
plásticos sintéticos, mejorando sustancialmente las condiciones medio ambientales. Generando
a futuro propuestas en cuanto a legislación ambiental; para que estas películas biodegradables
puedan ser creadas de forma industrial y así contrarrestar los efectos ambientales, explotando
los recursos naturales renovables y brindando alternativas de uso eco amigable al consumidor.
Materiales y métodos
Materia prima
Para el desarrollo de esta investigación se utilizó harina de fruta de pan (Artocarpus altilis), la
fruta fue obtenida en el cantón Tena de la provincia Napo, y la harina se obtuvo mediante el
método descrito por Cabrera & Castillo (2018), como se muestra en la Figura 1. Además, como
plasticante se utilizó glicerol.
Figura 1.
Proceso de elaboración de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis). A: fruta de pan; B:
semillas de fruta de pan; C: harina de fruta de pan; D: almacenamiento
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Formulación y desarrollo de películas biodegradables
Una vez obtenida la harina de fruta de pan (Artocarpus altilis), se elaboraron las películas
biodegradables siguiendo la metodología establecida por Solano, Alamilla, & Jiménez, (2018),
utilizando la técnica de casting en monocapa (drop casting). Donde se vierte un material líquido
en un molde plano plástico permitiendo que se endurezca la matriz lmogénica a través de un
secado controlado. Luego, la lámina delgada resultante se desmolda para su posterior análisis
y aplicación. Se utilizó un diseño experimental A*B bifactorial (Tabla 1), y una bolsa plástica
transparente (PEBD) como control, ya que este tipo de material es utilizado en el transporte,
embalaje y almacenamiento de alimentos (Acosta Medina et al. 2023). Todas las determinaciones
se realizaron por triplicado.
Tabla 1.
Diseño experimental bifactorial para la elaboración de biopelículas degradables a partir de
la harina de fruta de pan (Artocarpus altilis).
Factores Niveles Diseño experimental A*B Tratamientos
A
0
: 2,5 % harina de
fruta de pan
A
0
B
0
T
1
= 2,5 % harina;
2,5% glicerol
A: Harina fruta de
fruta de pan (Ar-
tocarpus altilis)
A
1
: 5 % harina de
fru-
ta de pan
A
0
B
1
T
2
= 2,5 % harina;
5,0 % glicerol
A
2
: 7,5 % harina de
fruta de pan
A
1
B
0
T
3
= 5 % harina;
2,5 % glicerol
B: Glicerol
B
0
: 2,5% glicerol A
1
B
1
T
4
= 5 % harina;
2.5% glicerol
B
1
: 5,0% glicerol
A
2
B
0
T
5
= 7.5 % harina;
2.5 % glicerol
A
2
B
1
T
6
= 7.5 % harina;
5 % glicerol
Control C
T
7
= Bolsa plastica PEBD (Polietileno de baja
densidad)
.
De acuerdo con el diseño experimental (Tabla 1), se pesaron: 2.5; 5 y 7.5% de harina
de fruta de pan (Artocarpus altilis) mediante una balanza de precisión (Citizen CG 1202) y
se diluyó con agua en relación al porcentaje, la solución se calentó (80-90ºC), manteniéndose
agitación constante por 15 minutos y se obtuvo la solución lmogénica (Arévalo et al. 2010).
A continuación, se disminuyó la temperatura (<60ºC), para adicionar el glicerol a diferentes
concentraciones en peso en relación a la solución lmogénica total del plasticante; para alcanzar
completa solubilización, se ltró la mezcla y se aplicó ultrasonido (15 min) para eliminar
burbujas. Las películas se desarrollaron por el método de casting en monocapa, donde se pesaron
25 gramos de solución lmogénica, en una caja Petri plástica (56,75 cm
2
), y posteriormente
se secaron a 60ºC, durante 12 horas (Moreno 2015). Finalmente, se pre-acondicionaron las
películas para generar elasticidad en un desecador con solución salina (NaCl) durante 4 horas.
Propiedades sicoquímicas
Contenido de humedad (%H)
Se determinó el contenido de agua en las películas mediante el método de secado establecido
por la A.O.A.C (Asociación Ocial de Químicos Analistas) donde se pesa 1.5-2.0 g de muestra
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se seca a 110ºC por 24 horas y se presenta como el porcentaje del peso total de la cantidad de
agua (Crespo 2019).
Espesor (mm)
Con un micrómetro (Whale Brand, USA) se midió el espesor (mm) de las biopelículas en
15 localizaciones elegidas al azar (Moreno 2015). Esto permite determinar características
uniformes en biopelículas.
Propiedades mecánicas
Prueba de punción (N)
En un analizador de textura (Brookeld CT3), y con el programa TexturePro CT VL.2 Build 9,
se realizó la evaluación en un área aproximada de 10000 mm
2
en las biopelículas, las cuáles
se jaron en una base cuadrada (TA-DE) de 100 cm
2
con una abertura en el centro de 6 cm de
diámetro. Para el punto de rotura, se utilizó un émbolo esfera (sonda TA23) de 5 mm fabricado
de acero inoxidable, a una velocidad de 1.70 mm/s (Moreno 2015).
Permeabilidad al vapor de agua (PVA)
Se determinó con el método descrito por Arancibia et al. (2014), donde a temperatura ambiente
(25ºC) se llenó un desecador con agua destilada, para alcanzar el 100% HR en el sistema.
Posteriormente se llenaron frascos plásticos con 50 g de gel de sílice y en la parte superior un
oricio de 3 cm diámetro; se colocaron las películas y ajustaron entre el recipiente de cristal y la
parte superior con el oricio. Cada sistema se pesó en una balanza de precisión (Mettler Toledo)
cada 10 minutos, por al menos 2 horas, el paso del vapor de agua a través de las biopelículas
fue por atracción del gel de sílice; de esta manera se calcula la permeabilidad al vapor de agua
siguiendo la ecuación: PVA=w.x.t
-1
. A
-1
. ∆P
-1
, donde w es el peso ganado (g), x es el espesor de
la película (mm), t es el tiempo (h), A es el área de película expuesta (cm
2
) y ∆P es la diferencia
de presión parcial de vapor entre la atmósfera y el gel de sílice (2642 Pa a 22 °C).
Solubilidad de las películas (%S)
Las películas fueron cortadas con un área de 4 cm
2
, y colocadas en recipientes con 50 ml de agua
destilada a 22ºC durante 24 horas, después se ltró la solución a través de papel ltro whatman
Nº 4; para recuperar películas restantes sin disolver; por último, fueron secadas a 105ºC por 24
horas (Mera 2022). La solubilidad de la película se calculará con la ecuación: %S=[(W
0
-W
f
)/
W
f
]*100%, donde W
0
es el peso inicial de la película expresada como materia seca (g) y W
f
es
el peso del residuo desecado sin disolver la película (g).
Propiedades ópticas
Color
Los parámetros de color L* (luminosidad), a* (rojo/verde), b* (amarillo/azul), c*(intensidad de
color) de la escala CIE, se midieron con un colorímetro (Lovibond LC 100), con un iluminador
D65 y observador estándar D10, los resultados fueron procesados en el mismo equipo.
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Transparencia (%T) UV-VIS de biopelículas
Se utilizó un espectrofotómetro UV-VIS (Fisher Scientic), calibrado con una longitud de onda
entre 200 a 800 nm, las biopelículas se cortaron en forma rectangular y se colocaron en la celda
de cuarzo dentro del espectrofotómetro, se utiliza una celda vacía como referencia. El %T se
calculó con los valores de absorbancia aplicando la ecuación: %T=[10
– (absorbancia)
]*100%.
Evaluación de la degradabilidad
Ensayo de biodegradación
Se llevó a cabo utilizando muestras de suelo orgánico natural y las biopelículas previamente
acondicionadas (75% Humedad relativa). En pequeñas macetas se colocó tierra fértil, sobre ella
una na malla negra y luego las biopelículas obtenidas, por último, se las enterró. Finalmente,
se agregó agua para simular condiciones de llovizna para iniciar el proceso de biodegradación.
A los días 0, 5, 15, 25 y 30, se las desenterró, limpió y secaron a 60 °C durante 24 horas, hasta
llegar a un peso constante; el grado de degradación se determinó siguiendo con la ecuación:
W
pérdida
=[(W
o
-W
f
)/W
o
]*100%. Donde W
0
y W
f
es el peso de la película antes y después de la
prueba de degradación (g) (Moreno 2015).
Porcentaje de Materia seca (%MS)
Se determinó por el método de secado establecido por la A.O.A.C. Donde se pesaron 1.5 - 2.0
g de muestra a 110ºC por 24 horas. El contenido de materia seca se expresó como porcentaje
del peso total y se calculó mediante ecuación: %MS=[(W
muestra + capsula
– W
capsula
)/W
muestra humedad
],
donde W: Peso en gramos.
Resultados y discusión
Las biopelículas presentaron una supercie lisa y homogénea sin presencia de burbujas ni
grietas, siendo uniformes de color (Figura 2). Cusme and Gómez (2019), mencionan que la
obtención de biopelículas de harina de fruta de pan surge como consecuencia de la gelatinización
del almidón. Es decir, el almidón se hincha y es más soluble, lo que al adicionar glicerol se
degrada completamente la estructura cristalina del almidón, generando una estructura elástica y
maleable capaz de ser moldeada en formas distintas (Pelissari et al. 2019).
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Figura 2.
Biopelículas a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis) y glicerol. A: solución
lmogénica en caja Petri; B: película biodegradable T3 (5% harina + 2.5% glicerol).
Propiedades sicoquímicas:
Contenido de materia seca y humedad
Las biopelículas mostraron valores entre 15.23-16.77 %H, la presencia de glicerol provocó
un aumento signicativo en el contenido de agua, debido a grupos OH que forman enlaces
de hidrógeno generando mayor estabilidad y durabilidad. Bátori et al. (2017)demostraron
un estudio de biopelículas a partir de residuos de naranja con un 11,7%H, generando mayor
resistencia al agrietamiento, sin embargo, su rigidez se redujo signicativamente; Con respecto
a las biopelículas obtenidas se obtuvieron %H de 16,77±0,10 que comparados con los valores
del control 4,02±0,20 %H (PEBD), existió signicancia debido al carácter hidrofóbico del
material polimérico resistiendo al agua, siendo más estable y duradero en el tiempo (Tabla 3).
En comparación con los valores reportados por Palma-Rodríguez et al. (2017) donde se obtiene
10,33 %H al igual que Cusme and Gómez (2019) con 9,97 %H; se asocian los valores dispersos
a las propiedades del almidón que al poseer componentes como: proteínas y bras, intereren
en la matriz aumentando la retención de agua por acción de capilaridad.
Las biopelículas obtenidas deben manejar una correcta humedad ya que de esto
dependerán sus propiedades mecánicas que darán paso a la degradación nal por efecto del
almidón presente en la harina (Gao et al. 2020); Valores semejantes son reportados por López et
al. (2017) para biopelículas de banano verde (11,78-17,5 %H) ya que la presencia del almidón
vuelve más exible y con ello la propiedad hidrofílica de las biopelículas es mayor, acción que
no sucede con el control ya que al ser resistente al agua (4,02 %H) no es capaz de degradarse
representando un problema ambiental.
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Tabla 3.
Propiedades sicoquímicas, mecánicas y ópticas (transparencia) de películas biodegradables
a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus Altilis) y control (PEBD).
Tratamientos
Materia seca
(%MS)
Humedad
(%H)
Fuerza
(N)
P VA
E
-06
g.mm.h
-1
.
Pa
-1
.cm
-2
Solubilidad
(%S)
Transparencia
(%)
T1
82,03± 0,16
a
15,23 ±
0,11
a
1,76 ± 0,06
a
1,17± 0,52
a
7,33±0,28
ab
4,12 ± 0,01
ab
T2
81,70 ± 0,57
a
15,59 ±
0,41
a
1,42 ± 0,03
a
1,19± 0,76
a
9,29±0,36
a
6,16 ± 0,06
b
T3
80,51± 0,31
a
16,13 ±
0,22
a
13,76 ±
1,06
ac
1,57 ± 0,48
ab
9,30±0,20
ac
3,22 ± 0,01
ab
T4
80,29± 0,47
a
16,41 ±
0,33
a
3,63 ±
0,19
ab
1,49 ± 0,74
ab
11,60±0,64
bc
3,55 ± 0,02
ab
T5
80,41± 0,27
a
16,57 ±
0,19
a
7,72 ± 0,95
ab
1,26 ± 0,81
a
15,97±1,56
a
0,51±0,003
a
T6
79,97± 0,15
a
16,77 ±
0,10
a
7,80 ± 0,65
ab
1,51 ± 0,77
ab
19,09±0,99
b
1,06 ± 0,02
ab
Control
95,90± 0,22
ab
4,02 ± 0,20
ab
23,26 ±
0,39
abc
0,48 ± 0,00
abc
0,34±0,00
abc
80,45± 1,48
abc
Nota: Los resultados obtenidos son media ± desviación estándar. Las letras a, b y c muestran
las diferencias signicativas entre los tratamientos (P≤0,05).
Los valores de materia seca obtenidos fueron 80-82 %MS (Tabla 3), y tienen relación
con la presencia de almidón en la harina, este valor inuye en las propiedades físicas y químicas
de las películas como: exibilidad, solubilidad y biodegradabilidad. Se puede considerar que
las películas biodegradables varían el %MS dependiendo del contenido de sólidos (almidón,
proteínas y bra) presentes en la matriz polimérica; Finalmente, las biopelículas presentaron
diferencias signicativas con respecto al control en todos los análisis, ya que el PEBD es un
polímero sintético con componentes articiales obtenido a partir de parámetros estandarizados.
Espesor
Se obtuvieron valores de 0,46-0,52 mm, estos varían a medida que la cantidad de harina aumenta,
por lo tanto, el grosor diere en cada caso, sin embargo, no es signicativo entre muestras, pero si
con el control. Es importante mencionar que T1 (0,46 mm) es no y débil mientras que T6 (0,52
mm) es el más grueso y poco exible; por lo tanto, se puede tomar a T3 (0,48 mm) presentando
mejor maleabilidad y resistencia. No existe diferencia signicativa entre muestras, pero si con
el control (0,02 mm) debido a que es un plástico sintético expuesto a distintos procedimientos
para su formación, este se encuentra en el rango permitido según (NTE INEN: 2 542 2010).
Estudios realizados por Huacho-Chávez et al. (2021) sobre polímeros biodegradable de yuca
(Manihot Esculenta Crantz) mostraron valores de espesor de 0,11 y 0,12 mm; valores menores
a los obtenidos en la investigación, se debe a la variación de cantidad de harina, ya que ésta
permite la formación de estructuras tridimensionales a través de interacciones con las cadenas
poliméricas del almidón presente en su composición.
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Desarrollo de biopelículas degradables a partir
de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis),
como alternativa al uso de plásticos sintéticos
convencionales
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plásticos sintéticos convencionales. Tierra Innita (10), 153-173. https://doi.org/10.32645/26028131.1312
Figura 3.
Espesor de biopelículas a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis) y glicerol. A:
micrómetro manual (0-25 mm); B:15 mediciones en biopelículas degradables.
Propiedades mecánicas
Punción (N)
La fuerza de punción (N) previo a su rotura (Tabla 3), mostraron que las películas con mayor
resistencia mecánica es T3 (13,76 N) con respecto a los demás tratamientos (Figura 4), ya que
las muestras restantes fueron débiles y se rompieron con facilidad; esta propiedad, depende de
la proporción entre amilosa y amilopectina del polisacárido; a mayor interacción intramolecular
de amilosa aumenta la resistencia y menor interacción de amilopectina genera mayor exibilidad
(Salazar et al. 2022). Existe diferencia signicativa entre tratamientos, y se puede considerar a
T3 como el más fuerte; pero, en relación con el control también es signicativo, ya que, al ser
un polietileno de baja densidad expuesto a varios procesos industriales, sus cadenas poliméricas
están ordenadas formando una estructura fuerte y resistente con biodegradabilidad nula (Diaz
2021).
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Figura 4.
Fuerza de punción (N), en biopelículas a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis) y
control (PEBD). T1: 2,5 % harina+ 2,5% glicerol (turqueza); T2: 2,5% harina + 5% glicerol
(lila); T3: 5% harina + 2.5% glicerol (amarillo); T4: 5% harina+ 5% glicerol (naranja); T5:
7,5% harina + 2.5% glicerol al 2 (verde); T6: 7,5% harina + 5% glicerol (azul); Control:
plástico PEBD (rojo).
Permeabilidad al vapor de agua (PVA)
Se obtuvieron valores entre 1,17 y 1,57 E
-06
g.mm.h
-1
.Pa
-1
.cm
-2
(Tabla 3), propiedad que está
asociada a la composición de su estructura molecular, es decir cómo actúa el almidón de la
harina de fruta de pan con el plasticante, frente al vapor de agua en un ambiente controlado;
permitiendo absorción y retención de agua en la matriz polimérica (Guaña-Escobar et al. 2022).
Además, T3 (1,57 E
-06
g.mm.h
-1
.Pa
-1
.cm
-2
) en relación con las demás muestras tiene el valor más
alto, esto depende de los componentes de la biopelícula, la cual contiene almidón y proteínas
propias de la harina, moléculas que pueden atraer/retener agua; y glicerol por sus grupos hidroxilo
(OH). El control con respecto a los demás tratamientos su valor es 0,48 E
-06
g.mm.h
-1
.Pa
-1
.cm
-
2
, al ser un polímero sintético con una estructura lineal ramicada de unidades de etileno, su
estructura no permite el paso de humedad por tal motivo presenta un valor muy bajo, siendo un
material de almacenamiento/protección, es por ello que su biodegradación es nula. Finalmente,
se determinó que, existe diferencia signicativa entre tratamientos con respecto al control
(Tabla 3), reriéndose a la transferencia de humedad del medio hacia la biopelícula la cual
mediante sus componentes puede controlar este movimiento intermolecular (Solano-Doblado et
al. 2018). Investigaciones reportadas por Huacho-Chávez et al. (2021) mencionan la obtención
de biopelículas a partir de Oca (Oxalis tuberosa) y yuca (Manihot esculenta) utilizadas como
envoltura de alimentos, obtuvieron PVA de 6,75 E
-06
y 1,45 E
-06
, respectivamente, relacionando
los valores de las biopelículas obtenidas; esto puede estar asociado al %H en la red polimérica
que presenta mayor cristalización en su estructura.
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Solubilidad (%S)
La solubilidad es un factor de interés permitiendo conocer la capacidad que tiene una película
para resistir a la presencia de agua o humedad elevada, con el n de proteger alimentos. En
contraste con los resultados obtenidos se demostró que los valores de solubilidad aumentan
proporcionalmente de 7,33 al 19,09% (Tabla 3). Debido a que estos compuestos son de carácter
hidrofílicos y pueden interactuar con el agua, pudiendo ser el almidón y los grupos OH de
las estructuras polimérica. Solano-Doblado et al. (2018) estudiaron la solubilidad de películas
comestibles estableciendo que un porcentaje elevado de solubilidad es ventajoso cuando el
alimento que contiene la película será sometido a condiciones extremas de calor o frío por lo
que, la solubilidad ideal viene dada en base a la futura aplicación de la biopelícula ya que de esto
dependerá la calidad que esta brinde; como menciona Arévalo et al. (2010) en su estudio sobre
películas biodegradables a partir de residuos de cítricos, un empaque provee de protección y
conservación para mantener la calidad del alimento. Las biopelículas elaboradas a partir de fruta
de pan, poseen una estructura lisa no obstante se observaron múltiples imperfecciones debido a
la interacción almidón-glicerol que se involucran totalmente en toda la matriz polimérica, por
ende, la difusión de las moléculas de agua es mejor, generando buena porosidad y solubilidad
(Solano-Doblado et al. 2018).
Propiedades ópticas
Color
El color de las biopeliculas de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis), mostro variación
de acuerdo con los parámetros de la escala CIE: L, a, b y c. Se determinó que las biopelículas
tienen tonalidades amarillas/pálidas atribuidas al color de la harina (L*= 55 – 74) y (b= 16 –
35); Para el parámetro c, los valores fueron de 16,80-36,97; presentando brillo, de tal manera
que a medida que se mezclan sus componentes (harina/glicerol) varían su color. Mientras
que el control mostró un valor de 8,83 ya que al ser un PEBD presenta una supercie lisa y
permite una reexión uniforme de la luz. También se demuestra que, si existen diferencias
signicativas entre muestras, ya que al variar la cantidad de harina esta interere en su color
blanco-amarillento (Figura 5), es decir los primeros tratamientos presenta un color más claro
a diferencia de los últimos que son más oscuros. Además, comparando con el control también
existe signicancia debido a que no tiene coloración alguna.
Figura 5.
Color de películas biodegradables. T1: 2,5% harina+ 2,5% glicerol; T2: 2,5% harina + 5%
glicerol; T3: 5% harina + 2.5% glicerol; T4: 5% harina + 2.5% glicerol; T5: 7,5% harina +
2.5% glicerol; T6: 7,5% harina + 5% glicerol; Control: Bolsa plástica trasparente PEBD.
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Por otro lado, la Transparencia (%T) en las biopelículas, está comprendida entre 0,51-6,16%
(Tabla 3) y pueden atribuirse a la uniformidad de su estructura de acuerdo con la composición
de la harina en la matriz polimérica formada (López et al. 2017). El tratamiento con menor
transparencia es T5 (0,51%T) reriéndose al aspecto de la película efectuado por la opacidad
característica que otorgada una mayor protección en la luz; debido a los distintos componentes
en su estructura, tomando como referencia al control PEBD (80,45 %T) permitiendo el paso
directo de luz a través de este tipo de material. Se demostró que existe diferencia signicativa
entre muestras ya que estas cambian de acuerdo con sus componentes harina/glicerol, ya que al
utilizarlo como plasticante también mejora la interacción molecular reduciendo la opacidad y
de esa manera favorece al paso de luz (Solano-Doblado et al. 2018).
Biodegradación de películas
Ensayo de enterrado
En la gura 6 se observa el proceso de biodegradación de las biopelículas (0, 5, 15, 25 y
30 dias), determinando que uno de los factores más importantes para la descomposición son
los microorganismos propios del suelo que digieren la película y provocan que las cadenas
de amilosa presentes en la matriz polimérica tengan la mayor cantidad posible de agua,
provocando un aumento acelerado en la tasa de biodegradación. Velasco et al. (2012)mencionan
que al desarrollar biopelículas con fuente renovables como almidon, proporcionan una opción
amigable con el planeta ya que se descomponen bajo condiciones favorables en periodos de
tiempo cortos, acción que no sucede con los plásticos comerciales (PEBD), ya que estos no
se descomponen en el suelo y sus componentes son liberados, contaminando el ambiente. La
absorción de agua facilita la biodegradación en las biopelículas, además al contener glicerol en
su estructura éste disminuye la fuerza intermolecular del almidon (Sernaqué et al. 2020). Por lo
que, las biopelículas se degradaron dado que sus principales características como: color, rigidez
y textura cambiaron durante el tiempo que duró el ensayo (30 días), demostrando resultados
semejantes en biopelículas de albedo de maracuyá donde el tiempo de degradación fue de 51
días y en la elaboración de empaques activos a partir de cítricos donde el tiempo fue de 57 días
(Arévalo et al. 2010).
Una de las razones más importantes por las que se desarrollan bioplásticos con fuentes
naturales es por su degradabilidad ya que esto da paso a una desintoxicación del suelo siendo
una alternativa sostenible frente al PEBD. Se puede observar en el experimento que el tiempo
de biodegradación es de 30 días, lo que genera un gran benecio al planeta tierra, es decir las
biopelículas tienen un menor tiempo de biodegradación con respecto a los plásticos sintéticos
convencionales que tardan años en descomponerse.
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Figura 6.
Proceso de biodegradación de las películas desde el día 0 hasta el día 30. T1: 2,5% harina+
2,5% glicerol; T2: 2,5% harina + 5% glicerol; T3: 5% harina + 2.5% glicerol; T4: 5% harina
+ 2.5% glicerol; T5: 7,5% harina + 2.5% glicerol; T6: 7,5% harina + 5% glicerol; Control:
Bolsa plástica PEBD.
Por otro lado, la pérdida de peso de las películas está relacionada con la disminución en
la materia seca del almidón presente en la harina. En contraste con el control, muestran que los
tratamientos que contienen una mayor concentración de harina; disminuyen su peso de forma
gradual y por esta razón su peso al nal es menor que las demás muestras (Figura 7). Esto puede
darse por acción del almidón que al ser liberado en una matriz que contiene glicerol mejora sus
propiedades de difusión de nutrientes (Trejo et al. 2001), aumentando signicativamente la tasa
de degradación. Además, no existen diferencias signicativas entre tratamientos, no obstante,
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con respecto al control si, debido a que al ser un hidrocarburo repele el agua y no retiene sólidos
solubles dando como resultado la contaminación del suelo a largo plazo (Zhou et al. 2013).
Figura 7.
Pérdida de peso de biopelículas durante 30 días. T1: 2,5 % harina y glicerol al 2,5% (turqueza);
T2: 2,5% harina y glicerol al 5% (lila); T3: 5% harina y glicerol 2,5% (amarillo); T4: 5%
harina y glicerol al 5% (naranja); T5: 7,5% harina y glicerol al 2,5% (verde); T6: 7,5% harina
y glicerol al 5% (azul); Control: plástico transparente (PEBD) (rojo).
Finalmente, se determinaron valores iniciales y nales de Nitrógeno total (%N), previo a
la degradación de las biopelículas en el suelo, siendo en el día 0 (0.34 %N) y día 30 (0.27 %N), se
observa la disminución de nitrógeno que puede estar asociado al proceso de biodegradación por
acción de microorganismos que generan un correcto equilibrio entre el nitrógeno y el carbono
presentes en el suelo (López et al. 2017). Existe una relación directa entre la biodegradación y
%N antes y después, esto es ventajoso ya que se puede indicar que el suelo está comenzando
a enriquecerse generando condiciones necesarias para el crecimiento de una planta. De esta
manera se demuestra que las biopelículas generan una alternativa ecológica de uso de recursos
renovables para aportar al cambio climático y generar productos eco-amigables que permitan
tener características similares a los plásticos convencionales reduciendo su impacto ambiental y
tiempo de biodegradación. Cabe mencionar las biopeliculas mejoraron sustancialmente al suelo
que a posteriori al ensayo de enterrado, comenzaron a crecer plantas (Figura 8), lo que permite
vericar que el deterioro de biopelículas, mejora las condiciones de biodegradación en el suelo.
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Figura 8.
Proceso de biodegradación. A: Ensayo de enterrado de biopelículas; B: crecimiento de planta
Conclusiones
• Se desarrollaron películas biodegradables de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis),
presentado exibilidad, supercie lisa, sin presencia de burbujas ni grietas y uniformes;
de color blanco-amarillento, proveniente de la harina utilizada, permitiendo generar
un producto eco-amigable, debido a sus buenas características sicoquímicas y rápida
biodegradación en el suelo.
• Las biopelículas desarrolladas con 5% de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis) y
2.5% de glicerol, presentaron mejoradas propiedades sicoquímicas, mecánicas, ópticas
y biodegradables con respecto a las demás muestras. Siendo el tratamiento T3 con va-
lores: 16,13 %H; 80,51%MS; 0,48 mm de espesor; Fuerzas de punción (13,76 N); 1,57
E
-06
g.mm.h
-1
.Pa
-1
.cm
-2
de PVA; 9,30%S y 3,22 %T, el más resistente a la rotura.
• Se evaluaron las condiciones de biodegradabilidad demostrando que las propiedades
mecánicas y sicoquímicas, inuyen directamente en el tiempo de descomposición bio-
lógica; al tener una buena formulación la cantidad de harina es inversamente proporcio-
nal al porcentaje de glicerol, permitiendo la degradación total en un máximo de 30 días,
generando disminución del contenido de nitrógeno total en el suelo, indicando que este
comienza a proporcionar buenas condiciones para el crecimiento de una planta, lo que
no sucede con la muestra control (PEBD).
Recomendaciones
• Para obtener harina de buena calidad es importante adquirir la fruta de pan en buenas
condiciones sin ningún tipo de daño, para contar con cada uno de sus componentes
principalmente del almidón que es el más importante en la formulación de biopelículas
degradables.
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• Controlar la temperatura y el tiempo de secado para las biopelículas ya que interferen-
cias en estos parámetros ocasionaría que los resultados se vean afectados directamente
obteniendo partiduras y rompimiento total de las películas.
• Se recomienda trabajar con las biopelículas obtenidas en la aplicación de un sub produc-
to que sea de interés comercial para la industria alimentaria.
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Desarrollo de biopelículas degradables a partir
de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis),
como alternativa al uso de plásticos sintéticos
convencionales
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Cómo citar este artículo:
Moreno, G., Galarza, I.,& Sailema, M. (Enero – Diciembre 2024). Desarrollo de biopelículas degradables a partir de harina de fruta de pan (Artocarpus altilis), como alternativa al uso de
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