Harina de ñame y nanotecnología: la fórmula para un nuevo bioplástico

Explorando las fronteras en sostenibilidad y tecnología, investigadores colombianos innovan en el campo de los biomateriales con el desarrollo de un bioplástico a partir de harina de ñame morado y nanopartículas. ¿Cuáles son las oportunidades y desafíos que representa para la industria?

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Fotos: Gregorio Simón Díaz Martínez/Universidad Nacional de Colombia

La tecnología, la sostenibilidad y la seguridad alimentaria se han convertido en pilares fundamentales para la industria del empaque cuando se trata de innovar, tanto en el uso de materiales para prototipos, como en los procesos de producción. 

El reciente proyecto de investigadores colombianos de la Universidad Nacional (UNAL) sobre la creación de un bioplástico a partir de harina de ñame morado y nanotecnología, da cuenta de ello.

A pesar de que el objetivo principal de la iniciativa, liderada por Gregorio Simón Díaz Martínez, magíster en Ingeniería Agroindustrial de la UNAL Sede Medellín, era potenciar la cadena productiva del ñame, que es muy poco consumido y conocido en el país, también la situación frente a la contaminación ambiental debido al plástico de un solo uso fue motivo valioso para el desarrollo de este biomaterial.

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"La contaminación por el uso de plásticos es un problema muy grande a nivel mundial, lo cual me motivó a crear un plástico que proviniera de recursos naturales. El reto estaba en encontrar un material que no fuera tan conocido, pero que diera buenos resultados, por eso elegí el ñame, que en la costa es conocido, pero en el resto del país no mucho, y más aún el ñame morado", le dijo a esta revista Díaz, quien trabajó de la mano con el profesor Juan Felipe Osorio.

Para la fabricación de este bioplástico en forma de película flexible, Díaz inicialmente cortó el tubérculo, lo secó y lo pulverizó. Posteriormente, para mejorar su textura, añadió agua destilada y glicerol. La mezcla resultante se colocó en moldes y se sometió a un proceso de calentamiento a 95 °C para evaporar los líquidos.

Por otro lado, la harina de ñame morado se sometió a un tratamiento térmico elevado con agua y un agente plastificante para conferirle propiedades similares a las del plástico tradicional.

¿Un potencial empaque inteligente?

Durante el desarrollo del bioplástico, luego de analizar las características del ñame morado, se determinó que su tonalidad púrpura se debe a las antocianinas, unos pigmentos solubles que se extrajeron para un estudio más detallado.

Según Díaz, los análisis realizados revelaron que estas antocianinas muestran una coloración morada bajo un pH neutro. No obstante, en un ambiente más ácido, estos pigmentos presentan matices que van desde el naranja hasta el rojo.

Lo anterior, aunque no se pudo desarrollar en su totalidad, subraya la posibilidad de crear un 'empaque inteligente' para alimentos usando el bioplastico, cuya función principal sería indicar el estado de frescura o calidad de los alimentos envasados mediante un cambio de color visual, que responde a variaciones en el pH del contenido.

Por ejemplo:

• En un pH neutro, el empaque podría mantenerse morado.
• En presencia de un pH ácido (como podría ser el caso de alimentos que se están deteriorando y liberando ácidos), el empaque podría tornarse rojo o rosado.
• En un pH básico, podría cambiar a un tono azul o verde-azul.

"Esta variación de color permitiría a los consumidores identificar rápidamente el estado del producto sin necesidad de abrir el empaque, ofreciendo un indicativo visual de si el alimento se encuentra en condiciones óptimas o si podría estar comenzando un proceso de deterioro", afirmó Díaz.

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Biomaterial vs. plástico tradicional

Sin embargo, la característica principal del bioplástico por la que trabajó el investigador, y el objetivo inicial del proyecto, era ofrecer una alternativa completamente similar y paralela al plástico tradicional, que fuera resistente a diferentes estímulos pero biodegradable y compostable al mismo tiempo.

El uso de la nanotecnología para lograr esta característica fue fundamental. El investigador, luego de realizar su práctica profesional en la Universidad de Carolina del Norte, en Estados Unidos, empleó, de la mano de una profesora de su posgrado, aparatos de alta presión para producir nanopartículas utilizando la harina.

Descubrieron que incorporar estas nanopartículas mejoraba significativamente la capacidad del plástico para repeler el agua y resistir altas temperaturas, haciéndolo más fuerte y durable.

Después de algunas pruebas, se pudo comprobar la efectividad de estas características de resistencia. "Se realizó un test de tensión para estudiar si este se partía o no y lo que encontramos fue que el bioplástico pudo ser resistente a la tensión y además a exposiciones de humedad".

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Producción a escala industrial: un reto por superar

La producción a gran escala del bioplástico es una posibilidad que Díaz ve con un futuro prometedor debido a uno de sus principales beneficios: la abundancia y el bajo costo de la materia prima, ya que la harina de ñame morado es fácil de obtener, especialmente en áreas donde el ñame es cultivado extensivamente.

Adicionalmente, el proceso de producción, que es sencillo y económico, facilitado por técnicas como el secado solar, puede ser relativamente rápido con apenas 10 minutos, lo que es beneficioso para la producción a gran escala.

Sin embargo, estos beneficios vienen acompañados de desafíos significativos. La producción industrial de este bioplástico requiere inversiones importantes en equipos especializados para procesos de calentamiento y mezclado a gran escala, incluyendo la obtención de plastificantes como el glicerol. Además, existe el desafío de integrar este nuevo tipo de bioplástico en las cadenas de suministro actuales, que están optimizadas para plásticos convencionales que se producen más rápidamente y a menudo a un costo menor.

"Algunas empresas son reacias a invertir en una tecnología que, aunque sostenible, podría no ofrecer el mismo rendimiento o costos comparables a los plásticos convencionales", concluyó Díaz agregando que al escalar el proceso desde un laboratorio a un nivel industrial representa también un desafío considerable, que requiere no solo inversión financiera sino también desarrollo tecnológico adicional.