Científicos de la NTU de Singapur y de la Universidad de Harvard desarrollan un envase alimentario inteligente y sostenible

El envase alimentario impermeable está fabricado con un tipo de proteína de maíz llamada zeína, almidón y otros biopolímeros de origen natural, infundidos con un cóctel de compuestos antimicrobianos naturales (ver vídeo). Entre ellos se encuentran el aceite de tomillo, una hierba común utilizada en la cocina, y el ácido cítrico, que suele encontrarse en los cítricos.

En experimentos de laboratorio, cuando se exponen a un aumento de la humedad o a las enzimas de las bacterias nocivas, las fibras del envase han demostrado que liberan los compuestos antimicrobianos naturales, matando las bacterias peligrosas más comunes que contaminan los alimentos, como E. Coli y Listeria, así como los hongos.

El envase está diseñado para liberar las minúsculas cantidades necesarias de compuestos antimicrobianos sólo en respuesta a la presencia de humedad o bacterias adicionales. Esto garantiza que el envase pueda soportar varias exposiciones y durar meses.

Como los compuestos combaten cualquier bacteria que crezca en la superficie del envase, así como en el propio producto alimentario, tiene el potencial de ser utilizado para una gran variedad de productos, incluyendo alimentos listos para el consumo, carne cruda, frutas y verduras.

En un experimento, las fresas envueltas en el envase se mantuvieron frescas durante siete días antes de desarrollar moho, en comparación con las que se guardaron en las cajas de plástico de fruta habituales, que sólo se mantuvieron frescas durante cuatro días.

El invento es el resultado de la colaboración de científicos de la Iniciativa de Nanotecnología Sostenible de la NTU y la Escuela de Salud Pública T. H. Chan de Harvard (NTU-Harvard SusNano), que reúne a investigadores de la NTU y de la Escuela Chan de Harvard para trabajar en aplicaciones de vanguardia en agricultura y alimentación, haciendo hincapié en el desarrollo de nanomateriales no tóxicos y seguros para el medio ambiente.

El desarrollo de este material avanzado de envasado de alimentos forma parte de los esfuerzos de la Universidad por promover soluciones tecnológicas alimentarias sostenibles, que están en consonancia con el plan estratégico NTU 2025, cuyo objetivo es desarrollar soluciones sostenibles para hacer frente a algunos de los grandes retos apremiantes de la humanidad.

Laprofesora Mary Chan, directora del Centro de Bioingeniería Antimicrobiana de la NTU, que ha codirigido el proyecto, ha declarado: "Este invento serviría como una mejor opción para el envasado en la industria alimentaria, ya que ha demostrado unas cualidades antimicrobianas superiores para combatir una miríada de bacterias y hongos relacionados con los alimentos que podrían ser perjudiciales para el ser humano. El envase puede aplicarse a diversos productos, como pescado, carne, verduras y frutas. La liberación inteligente de antimicrobianos sólo cuando hay bacterias o alta humedad, proporciona protección sólo cuando se necesita, minimizando así el uso de productos químicos y preservando la composición natural de los alimentos envasados".

Elprofesor Philip Demokritou,catedrático adjunto de Salud Medioambiental en la Escuela Chan de Harvard, que también es director del Centro de Nanotecnología y Nanotoxicología y codirector de la Iniciativa NTU-Harvard sobre Nanotecnología Sostenible, que codirigió el estudio, dijo "La seguridad y el desperdicio de alimentos se han convertido en uno de los principales retos sociales de nuestro tiempo, con un inmenso impacto en la salud pública y en la economía que compromete la seguridad alimentaria. Una de las formas más eficaces de mejorar la seguridad alimentaria y reducir el deterioro y los residuos es desarrollar materiales de envasado de alimentos biodegradables y no tóxicos. En este estudio, utilizamos compuestos derivados de la naturaleza, incluidos biopolímeros, disolventes no tóxicos y antimicrobianos inspirados en la naturaleza, y desarrollamos sistemas escalables para sintetizar materiales antimicrobianos inteligentes que pueden utilizarse no sólo para mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos, sino también para eliminar los daños al medio ambiente y la salud y reducir el uso de plásticos no biodegradables a nivel mundial y promover sistemas agroalimentarios sostenibles."

El Sr. Peter Barber, director general de ComCrop, una empresa de Singapur pionera en la agricultura urbana en azoteas, ha hecho una valoración independiente del trabajo realizado por el equipo de investigación de la NTU: "El material de envasado de alimentos de la NTU-Harvard Chan School sería una solución sostenible para las empresas que, como nosotros, quieren reducir el uso del plástico y adoptar alternativas más ecológicas. A medida que ComCrop vaya aumentando sus productos para impulsar la capacidad de producción de alimentos de Singapur, el volumen de envases que necesitamos aumentará en paralelo, y el cambio a un material como éste nos ayudaría a tener el doble de impacto". Las propiedades antimicrobianas del envoltorio, que podrían prolongar la vida útil de nuestras verduras, nos vendrían muy bien. El material de envasado es prometedor para la industria, y estamos deseando aprender más sobre el envoltorio y posiblemente adoptarlo para nuestro uso algún día".

Los resultados del estudio se publicaron en la revista académica ACS Applied Materials & Interfaces en octubre.

Reducir los residuos de envases

La industria de los envases es el mayor y más creciente consumidor de plásticos sintéticos derivados de los combustibles fósiles, y los plásticos de los envases alimentarios representan la mayor parte de los residuos plásticos que contaminan el medio ambiente.

En Singapur, los envases son una de las principales fuentes de basura, con datos de la Agencia Nacional de Medio Ambiente de Singapur que muestran que de los 1,76 millones de toneladas de residuos eliminados por fuentes domésticas en 2018, un tercio de ellos eran residuos de envases, y más de la mitad (55%) eran de plástico.

El material de envasado inteligente de alimentos, cuando se amplíe, podría servir como alternativa para reducir la cantidad de residuos de plástico, ya que es biodegradable. Su principal ingrediente, la zeína, también se produce a partir de harina de gluten de maíz, que es un subproducto de la utilización de almidón o aceites de maíz para producir etanol.

El material de envasado de alimentos se produce mediante la electrospiración[1] de la zeína, los compuestos antimicrobianos con celulosa, un polímero natural de almidón que constituye las paredes celulares de las plantas, y ácido acético, que se encuentra habitualmente en el vinagre.

La profesora Mary Chan añadió: "El envase alimentario activo, sostenible y biodegradable, con tecnología incorporada para mantener a raya a las bacterias y los hongos, es de gran importancia para la industria alimentaria. Podría servir como alternativa ecológica a los polímeros basados en el petróleo que se utilizan en los envases comerciales de alimentos, como el plástico, que tienen un importante impacto medioambiental negativo".

La profesora Demokritou añadió: "Debido a la globalización del suministro de alimentos y al cambio de actitud hacia un estilo de vida más saludable y un envasado de alimentos respetuoso con el medio ambiente, es necesario desarrollar materiales biodegradables, no tóxicos e inteligentes/responsivos para mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos. El desarrollo de plataformas de síntesis escalables para desarrollar materiales de envasado de alimentos compuestos por biopolímeros biodegradables derivados de la naturaleza y antimicrobianos inspirados en la naturaleza, junto con enfoques desencadenados por estímulos, satisfará las necesidades sociales emergentes para reducir el desperdicio de alimentos y mejorar su seguridad y calidad".

El equipo de investigadores de la NTU y la Harvard Chan School espera ampliar su tecnología con un socio industrial, con el objetivo de comercializarla en los próximos años.

También están trabajando actualmente en el desarrollo de otras tecnologías para crear materiales de envasado de alimentos inteligentes basados en biopolímeros para mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos.