Proxecto H2020 BioBarr: novos materiais de envasado de alimentos de base biolóxica con propiedades de barreira melloradas - BioBarrier
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2017 -2021
- Orzamento asignado 3.253.437,5 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto Proyecto BioBarr
Para preservar o medio ambiente, a industria de envases de alimentos está a experimentar unha transformación co desenvolvemento de materiais avanzados de base biolóxica e biodegradables. Os polihidroxialcanoatos (PHA) son bos candidatos, pero a insuficiente absorción de humidade e as propiedades de barreira limitaron o seu uso como materiais de envasado de alimentos, impedindo a súa adopción xeneralizada como substitutos dos polímeros convencionais.
O proxecto BioBarr, financiado pola UE, ten como obxectivo mellorar as funcionalidades de barreira dos PHA e validar novos materiais para envasar produtos de panadaría seleccionados destinados a ser "estudos de caso", co obxectivo de aumentar a súa vida útil. Para mellorar o rendemento da barreira para aplicacións de envasado de alimentos, BioBarr explorará varios tratamentos de superficie, así como unha nova técnica que utiliza a laminación de PHA con ácido poliláctico.
A partir das actividades desenvolvidas ao longo dos 54 meses do proxecto, o proxecto elaborou un prototipo de bobina de envases flexibles a base de PHB, de base biolóxica, compostable e biodegradable, compatible para contacto con alimentos, imprimible con tintas convencionais a base de disolventes e compostables, funcionalizada con multicapas ou tratamentos de superficie, apta para aplicacións no sector alimentario para produtos de curta duración. As propiedades da barreira aínda deben mellorarse, e o problema de fraxilidade que adoita informarse na literatura sobre estes poliésteres é difícil de superar, polo que tamén se limita o rendemento mecánico da solución de envasado final.
A comida é o único tipo de produto que cada persoa adoita consumir 3 veces ao día; En consecuencia, en volume, os envases de alimentos representan case o 50% do total de residuos de envases, o que supón unha gran cantidade (Vimal Katizar, 2017). Os produtos de envasado tradicionais utilizados no mercado alimentario están compostos nun 99% por plásticos a base de fósiles e só nun 1% por bioplásticos.
Non obstante, este uso indiscriminado de películas sintéticas para envases provocou un grave problema ecolóxico. Como impulsores activos do desenvolvemento sostible, o Consorcio BioBarr uniu forzas para buscar de forma proactiva alternativas ás materias primas baseadas en fósiles para o seu uso no sector do envasado de alimentos, contribuíndo de forma innovadora a afrontar os retos económicos e ambientais que supón o uso de combustibles fósiles.
O proxecto BioBarr ten como obxectivo desenvolver, ao longo de 54 meses a nivel europeo, un novo sistema de envasado de alimentos baseado na innovadora familia de biopolímeros de polihidroxialcanoato (PHA). O biopolímero, derivado da fermentación bacteriana natural de residuos ou subprodutos agrícolas, servirá de soporte para a posterior funcionalización, baseada en tratamentos superficiais ou laminación, para crear un envase ambientalmente sostible capaz de garantir unha óptima conservación dos alimentos. Esta solución é unha alternativa potencial ás actuais solucións de envases baseadas en fósiles, como o PP ou o PE.
Probáronse tratamentos innovadores de funcionalización tendo en conta os criterios aplicados aos materiais de envasado de alimentos convencionais: propiedades de barreira (auga, gases, luz, aroma) pero tamén propiedades ópticas, resistencia, propiedades de soldadura e moldeo, propiedades de marcado e impresión, requisitos de migración/escalado, propiedades químicas e de resistencia á temperatura, maquinabilidade, vida útil nas aplicacións finais, relación custo/beneficio, mercado, sostibilidade do proceso ambiental e económico. No proxecto participaron empresas e centros de investigación de catro países da UE, capaces de cubrir toda a cadea de valor. O coordinador do proxecto é Tecnoalimenti, unha organización de investigación alimentaria con máis de 40 anos de experiencia en investigación da industria alimentaria e proxectos multidisciplinares.
BioBarr céntrase no desenvolvemento de novos materiais de envasado de alimentos biodegradables e de base biolóxica mellorando as funcionalidades de barreira dos biopolímeros de PHA (polihidroxialcanoatos) e validando o novo material na industria alimentaria. Os PHA son un substituto potencial dos polímeros convencionais, xa que posúen propiedades similares; En comparación co ácido poliláctico (o material biodegradable/biodegradable máis utilizado), os PHA mostran unha maior biodegradabilidade e mellores propiedades funcionais e resistencia mecánica. Non obstante, as aplicacións de PHA como materiais de envasado de alimentos están suxeitas a algunhas limitacións. O PHA mostra valores medios de transmitancia para O2 e H2O, mentres que moitos dos factores máis críticos para algúns alimentos (como os produtos secos como as panaderías) en relación aos envases son a absorción de humidade que conduce á perda de crocante e á oxidación da graxa.
Para superar este factor limitante nas aplicacións alimentarias de PHA, BioBarr pretende mellorar as propiedades de barreira de vapor e gas de PHA mediante a funcionalización do material. Na primeira liña de investigación, o enfoque consiste na utilización de materiais biodegradables con propiedades adecuadas para ser compostos en estruturas multicapa propias da categoría de produtos alimenticios a envasar, co fin de optimizar as propiedades funcionais. A innovación consiste na laminación de PHA con PLA (ácido poliláctico). A segunda liña de investigación desafiante en BioBarr son os tratamentos de superficie (metalización de nanoformas con AlOx ou SiOx ou proceso de metalización de aluminio) de películas PHA. Validaranse novos materiais nun número limitado de produtos alimentarios do sector da panadería, que representen diferentes requisitos de vida útil e durabilidade, co obxectivo de aumentar a súa vida útil polo menos un 10%. O impacto final será a creación dunha nova cadea de valor de base biolóxica.
A proposta ten en conta as necesidades e oportunidades de crecemento das partes interesadas que operan en cada paso da cadea de valor: produtores de bioplásticos, xogadores de extrusión e filmación, transformadores, produtores de tinta e usuarios finais da industria alimentaria.
Os residuos de envases de alimentos son un importante contaminante ambiental e proceden de envases non degradables, como o plástico. Polo tanto, hai unha necesidade imperiosa de alternativas ás materias primas a base de fósiles na industria de envases de alimentos. Envases de alimentos con base bio Os materiais de envasado de alimentos deben garantir a protección dos alimentos, a frescura e a calidade xeral durante o transporte e o almacenamento.
O proxecto BioBarr financiado pola UE centrouse nos polihidroxialcanoatos (PHA), producidos convencionalmente por bacterias non patóxenas en condicións limitantes de nutrientes. Baseándose nunha revisión da literatura, os investigadores descubriron que un membro da familia PHA é un bo candidato para substituír o polipropileno e o polietileno e, a diferenza dos seus homólogos a base de fósiles, é biodegradable tanto no solo como na auga do mar. "A idea era implementar unha biotecnoloxía de fermentación bacteriana para os residuos derivados de procesos industriais nos que interveñen a remolacha azucreira, como a melaza e os seus zumes, para extraer PHA", explica Marianna Faraldi, coordinadora do proxecto e investigadora sénior de Tecnoalimenti. Os investigadores estudaron a procesabilidade dos PHA en po, gránulos e despois películas flexibles. Isto revelou a súa funcionalización para tratamentos de superficie ou laminación para mellorar as propiedades de barreira fronte ao osíxeno e ao vapor de auga. BioBarr tamén estudou as súas propiedades, resistencia, biodegradabilidade e cumprimento das normas de seguridade. Durante o proxecto, adquiríronse coñecementos técnicos significativos, mentres que se desenvolveron novos métodos para mellorar o estado da arte.
O tratamento superficial dos PHA con óxido de aluminio ou silicio non comprometeu a biodegradabilidade, a característica clave dos PHA. "Despois de 54 meses de investigación, o desenvolvemento de material de envasado de base biolóxica compostable e biodegradable con suficientes propiedades de barreira para produtos alimentarios segue sendo un reto", subliña Faraldi. O consorcio desenvolveu unha bobina de envases flexibles biodegradable baseada en PHA con características prometedoras que cumpre coa lexislación vixente en materia de envases de alimentos. Non obstante, aínda non se pode explotar nunha ampla gama de aplicacións no sector alimentario debido ás limitadas propiedades de barreira e problemas de fraxilidade que aínda non foron resoltos. Fai falla máis investigación. Non obstante, o PHA ten o potencial de ser producido a partir de residuos agrícolas ou de procesamento de alimentos en lugar de azucre, o que leva a unha ampliación do proceso. De cara ao futuro, aínda que os custos seguen sendo elevados en comparación coas solucións baseadas en fósiles, o investimento esperado dos provedores de PHA, unido á crecente demanda dos consumidores de bioplásticos, reducirá efectivamente o custo final dos envases de base biolóxica resultantes. Unha nova tinta biolóxica para envases de alimentos. Os adhesivos e tintas empregados nas solucións de envases biodegradables deberán ser tamén biodegradables ou a súa cantidade deberá representar como máximo o 5% do total do envase.
Outro obxectivo fundamental do proxecto BioBarr foi substituír as resinas sintéticas e os pigmentos orgánicos mantendo unha boa imprimibilidade e adhesión ao substrato do polímero. O proxecto probou resinas de diferentes fontes biolóxicas, como proteína de soia, proteína do leite, amidón de arroz e emulsións de ácido poliláctico. Xeraron prototipos de biotintas totalmente compostables que cumprían os requisitos técnicos para a implantación industrial. Os prototipos de tinta demostraron a capacidade de imprimir en material de embalaxe convencional e baseado en biopolímeros. BioBarr recibiu financiamento da Bio-Based Industries Joint Undertaking, unha asociación público-privada entre a UE e a industria.
O resultado final de BioBarr é un novo envase de base biolóxica, totalmente compostable e biodegradable para aplicacións alimentarias. As solucións innovadoras aplicadas neste proxecto fan referencia á combinación intelixente de elementos tecnolóxicos avanzados:
- Un material biodegradable transmitido por bacterias.
- Novas tecnoloxías de tratamento de revestimentos.
- Tinta biodegradable totalmente biodegradable para envases de alimentos.
A análise de benchmarking realizada durante os primeiros 36 meses do proxecto, así como o estudo do entorno operativo, delinearon unha discusión sobre os posibles escenarios aos que se enfrontará BioBarr tras a finalización do proxecto. Se temos en conta que:
- A industria alimentaria está interesada nos bioplásticos.
- Os consumidores tamén adoitan atribuírlle significados positivos a este termo, sobre todo en relación ao impacto ambiental, e están dispostos a seleccionar produtos envasados en envases ecolóxicos e pagar máis (aínda que non supere o 10 %).
- A lexislación favorece en xeral solucións como a proposta por BioBarr, e as previsións prevén un aumento gradual pero significativo da produción de PHA, do 1,8% actual ao 6,4%.
Podemos dicir que nun futuro próximo as posibilidades de éxito no mercado son altas. Aínda que se conseguiron resultados significativos, a solución de BioBarr aínda non se pode considerar lista para a súa comercialización. De feito, aínda quedan algunhas lagoas. Ao superalas, pasando do actual TRL 5 ao 7-8, será posible a comercialización.
- TECNOALIMENTI SCPA (TCA)