Proyecto H2020 BioBarr: Nuevos materiales de envasado de alimentos de base biológica con propiedades de barrera mejoradas – BioBarrier
- Tipo Proyecto
- Estado Completado
- Ejecución 2017 -2021
- Presupuesto asignado 3.253.437,5 €
- Alcance Europeo
- Principal fuente de financiación Horizonte 2020
- Sitio web del proyecto Proyecto BioBarr
Para preservar el medio ambiente, la industria del envasado de alimentos está experimentando una transformación con el desarrollo de materiales avanzados de base biológica y biodegradables. Los polihidroxialcanoatos (PHA) son buenos candidatos, pero la absorción de humedad y las propiedades de barrera insuficientes han limitado su uso como materiales de envasado de alimentos, lo que ha impedido que se adopten ampliamente como reemplazo de los polímeros convencionales.
El proyecto BioBarr, financiado con fondos europeos, tiene como objetivo mejorar las funcionalidades de barrera de los PHA y validar nuevos materiales para el envasado de productos de panadería seleccionados con la intención de ser «estudios de caso», con el objetivo de aumentar su vida útil. Para mejorar el rendimiento de la barrera para aplicaciones de envasado de alimentos, BioBarr explorará varios tratamientos de superficie, así como una nueva técnica mediante la laminación de PHA con ácido poliláctico.
De acuerdo con las actividades llevadas a cabo en 54 meses de proyecto, el proyecto obtuvo un prototipo de bobina de envase flexible basado en PHB, biobasado, compostable y biodegradable, compatible para el contacto con alimentos, imprimible con tintas convencionales de base solvente y compostables, funcionalizado con multicapas o tratamientos superficiales, para aplicaciones en el sector alimentario para productos de corta vida útil. Las propiedades barrera aún deben mejorarse, así como el problema de fragilidad que se suele quejar en la literatura en relación con dichos poliésteres es difícil de superar, limitando de esta manera también las prestaciones mecánicas de la solución de embalaje final.
Los alimentos son la única clase de productos que cada persona suele consumir 3 veces al día; en consecuencia, en términos de volumen, los envases de alimentos representan casi el 50% del total de residuos de envases, lo que supone una gran cantidad (Vimal Katizar, 2017). Los productos de embalaje tradicionales utilizados en el mercado de alimentos están representados por un 99% de plástico de origen fósil y solo un 1% por bioplásticos.
Sin embargo, este uso indiscriminado de películas sintéticas para envases ha provocado un grave problema ecológico. Como impulsores activos del desarrollo sostenible, el Consorcio BioBarr se ha unido para buscar de forma proactiva alternativas a las materias primas de origen fósil para su aplicación en el sector del envasado de alimentos, contribuyendo de forma innovadora a afrontar y abordar los problemas económicos y medioambientales que representa el uso de combustibles fósiles.
El proyecto BioBarr tiene como objetivo desarrollar a lo largo de 54 meses, a nivel europeo, un nuevo sistema de envasado de alimentos a partir de la innovadora familia de biopolímeros de polihidroxi-alcanoatos (PHA). El biopolímero, derivado de la fermentación bacteriana natural de residuos agrícolas o coproductos, representará el soporte sobre el que se desarrollará una funcionalización posterior, basada en tratamientos superficiales o tratamientos de laminación, para obtener un envase sostenible desde el punto de vista medioambiental capaz de garantizar la óptima conservación de los alimentos. Esta solución es una alternativa potencial a las soluciones actuales de embalaje de origen fósil, como el PP o el PE.
Se han probado tratamientos de funcionalización innovadores teniendo en cuenta los criterios que se aplican a los materiales de envasado convencionales asociados a los alimentos: propiedades de barrera (agua, gases, luz, aroma) pero también propiedades ópticas, resistencia, propiedades de soldadura y moldeo, propiedades de marcado e impresión, requisitos de migración/scalping, propiedades de resistencia química y a la temperatura, maquinabilidad, vida útil en aplicaciones finales, relación coste/beneficio, mercado sostenibilidad ambiental y económica del proceso. En el proyecto han participado empresas y centros de investigación de cuatro países de la UE, capaces de cubrir toda la cadena de valor. El coordinador del proyecto es Tecnoalimenti, una organización de investigación para el sector alimentario con más de 40 años de experiencia en investigación en la industria alimentaria y proyectos multidisciplinares.
BioBarr se ocupa del desarrollo de nuevos materiales de envasado de alimentos biodegradables y de base biológica mejorando las funcionalidades de barrera de los biopolímeros PHA (polihidroxialcanoatos) y validando el nuevo material en el entorno de la industria alimentaria. Los PHA son un sustituto potencial de los polímeros convencionales, ya que poseen propiedades similares; Con respecto al ácido poliláctico (el material de base biológica/biodegradable más extendido), los PHA muestran una mayor biodegradabilidad y mejores propiedades funcionales y resistencia mecánica. Sin embargo, las aplicaciones de los PHA como materiales de envasado de alimentos están sujetas a algunas limitaciones. PHA muestra valores medios de transmitancia de O2 y H2O, mientras que muchos de los factores más críticos para algunos alimentos (como productos secos como panaderías) en relación con el empaque son la absorción de humedad que conduce a la pérdida de textura crujiente y a la oxidación de las grasas.
Para superar este factor limitante en las aplicaciones alimentarias de PHA, BioBarr tiene como objetivo mejorar las propiedades de barrera de vapor y gas de PHA a través de la funcionalización del material. En la primera línea de investigación, el enfoque consiste en el uso de materiales biodegradables con propiedades adecuadas para ser compuestos en estructuras multicapa específicas para la categoría de producto alimenticio a envasar, con el fin de optimizar las propiedades funcionales. La innovación consiste en laminar PHA con PLA (ácido poliláctico). La segunda línea de investigación desafiante en BioBarr son los tratamientos superficiales (metalización nanoforma con AlOx o SiOx o proceso de metalización de aluminio) de películas de PHA. Se validarán nuevos materiales en un número restringido de productos alimenticios en el sector de la panadería, representativos de diferentes requisitos de vida útil y duración, con el propósito de aumentar la vida útil al menos en un 10%. El impacto final será la creación de una nueva cadena de valor de base biológica.
La propuesta tiene en cuenta las necesidades y las oportunidades de crecimiento de los actores que operan en cada paso de la cadena de valor: productor de bioplásticos, actores de extrusión y filmación, convertidores, productores de tintas, usuarios finales de las industrias alimentarias.
Los residuos de envases de alimentos constituyen un importante contaminante ambiental y emergen de envases que no son degradables, como el plástico. Por lo tanto, existe una necesidad apremiante de alternativas a las materias primas de origen fósil en la industria del envasado de alimentos. Envases de alimentos de base biológica Los materiales de envasado asociados a los alimentos deben garantizar la protección de los alimentos, su frescura y la calidad general durante el transporte y el almacenamiento.
El proyecto BioBarr, financiado con fondos europeos, se centró en los polihidroxialcanoatos (PHA), producidos convencionalmente por bacterias no patógenas en condiciones limitantes de nutrientes. A partir de un estudio de la literatura, los investigadores encontraron que un miembro de la familia PHA es un buen candidato para sustituir al polipropileno y al polietileno y que, a diferencia de los polímeros fósiles equivalentes, es biodegradable tanto en el suelo como en el mar. «La idea era poner en marcha una biotecnología de fermentación bacteriana de residuos derivados de procesos industriales de la remolacha azucarera, como la melaza y sus jugos, para la extracción de PHA», explica Marianna Faraldi, coordinadora del proyecto e investigadora sénior de Tecnoalimenti. Los investigadores estudiaron la procesabilidad de los PHA en polvo, en gránulos y luego en películas flexibles. Esto reveló su funcionalización para tratamientos superficiales o laminación para mejorar las propiedades de barrera frente al oxígeno y el vapor de agua. BioBarr también estudió sus propiedades, resistencia, biodegradabilidad y cumplimiento de las normas de seguridad. Durante el proyecto se obtuvieron importantes conocimientos técnicos, al tiempo que se desarrollaron nuevos métodos para mejorar el estado de la técnica.
El tratamiento superficial de los PHA con óxido de aluminio o silicio no comprometió la biodegradabilidad, la característica clave de los PHA. "Después de 54 meses de actividades de investigación, el desarrollo de material de embalaje de base biológica compostable y biodegradable con suficientes propiedades de barrera para los productos alimenticios sigue siendo un desafío", enfatiza Faraldi. El consorcio desarrolló un enrollador de envases flexibles biodegradable basado en PHA con características prometedoras, que cumple con la legislación vigente para el envasado de alimentos. Sin embargo, aún no se puede explotar en una amplia gama de aplicaciones en el sector alimentario debido a las propiedades de barrera limitadas y a los problemas de fragilidad que aún no se han resuelto. Se necesitan más investigaciones. No obstante, el PHA tiene el potencial de producirse a partir de residuos agrícolas o de procesamiento de alimentos en lugar de azúcar, lo que lleva a una ampliación del proceso. De cara al futuro, aunque los costes sigan siendo elevados en comparación con las soluciones de origen fósil, la inversión esperada por los proveedores de PHA asociada a una creciente demanda de bioplásticos por parte de los consumidores reducirá efectivamente el coste final de los envases de base biológica resultantes. Una nueva biotinta para el envasado de alimentos Los adhesivos y tintas utilizados en las soluciones de envasado biodegradables también deben ser biodegradables o su cantidad debe representar un máximo del 5 % del envase total.
Otro objetivo clave del proyecto BioBarr era sustituir las resinas sintéticas y los pigmentos orgánicos, manteniendo al mismo tiempo una buena imprimibilidad y adherencia en el sustrato del polímero. El proyecto probó resinas de diferentes fuentes biológicas, como proteína de soja, proteína de leche, almidón de arroz y emulsiones de ácido poliláctico. Generaron prototipos de biotintas completamente compostables que cumplían con los requisitos técnicos para la implementación industrial. Los prototipos de tinta demostraron la capacidad de impresión tanto en material de embalaje convencional como en material de embalaje basado en biopolímeros. BioBarr recibió financiación de la Empresa Común para las Bioindustrias, una asociación público-privada entre la UE y la industria.
El resultado final de BioBarr es un nuevo envase de base biológica y totalmente compostable y biodegradable para aplicaciones alimentarias. Las soluciones novedosas aplicadas en este proyecto se refieren a la combinación inteligente de elementos tecnológicos avanzados:
- Un material biodegradable transmitido por bacterias.
- Nuevas tecnologías de tratamiento de recubrimientos.
- Biotinta completamente biodegradable para el envasado de alimentos.
El análisis de benchmarking realizado a lo largo de los primeros 36 meses del proyecto, así como el estudio del contexto de explotación, han esbozado un debate sobre los posibles escenarios a los que se enfrenta BioBarr tras la finalización del proyecto. Si consideramos que:
- La industria alimentaria está interesada en los bioplásticos.
- Los consumidores también suelen atribuir significados positivos a este término, sobre todo en relación con el impacto medioambiental, y están dispuestos a seleccionar productos envasados con envases ecológicos y a pagar más (aunque no supere el 10%).
- La legislación suele estar a favor de soluciones como la propuesta por BioBarr y las previsiones que prevén una mejora gradual pero significativa de la producción de PHA, pasando del 1,8% actual al 6,4%.
Podemos decir que en un futuro próximo las posibilidades de éxito en el mercado son altas. Incluso si se han logrado resultados importantes, la solución de BioBarr aún no se puede considerar lista para la comercialización. De hecho, todavía quedan abiertas algunas lagunas. Superarlos, pasando del actual TRL 5 al 7-8, la comercialización será posible.
- TECNOALIMENTI SCPA (TCA)
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