Innovando con Biopolímeros: El Proyecto que reemplaza los plásticos tradicionales

Este proyecto se enmarca en una larga y continua colaboración entre los equipos de trabajo de Argentina e Italia (desde el 2014 a la fecha), centrada en el desarrollo de materiales plásticos basados en biopolímeros reforzados con nanopartículas, que buscan reemplazar a los plásticos convencionales (basados en hidrocarburos), para aplicaciones en envases de alimentos. Los plásticos se producen a partir de nanoemulsiones de aceite de girasol (entre otros), estabilizadas con proteínas provenientes de la leche. Las proteínas estudiadas conforman la red polimérica que genera el material plástico, previa incorporación de plastificantes y nanorefuerzos. La presencia de aceite nanoemulsionado ofrece la posibilidad de incorporar en el material agentes que pueden proteger al producto envasado (por ejemplo, antioxidantes). La incorporación de nanorefuerzos modifica las propiedades mecánicas. 

Roberto Candal y María Herrera trabajaron con dos biopolímeros obtenidos de proteínas de leche. Por un lado el caseinato de sodio, muy versátil y con excelentes propiedades para generar plásticos, pero cara y de alto valor nutritivo. Por otro lado, con proteínas de concentrado de suero de leche, que son menos versátiles, pero más económicas por obtenerse de un residuo de la industria láctea. El desarrollo involucra la preparación de nanoemulsiones, nanopartículas de óxido de titanio de diferentes formas, y la película plástica en sí misma. Candal comenta que se deben caracterizar las propiedades fisicoquímicas y mecánicas de las películas plásticas, para establecer qué uso se les puede dar en envases. (depende de su elasticidad, rigidez, solubilidad en agua etc).

La microestructura de las películas juega un rol fundamental en determinar las propiedades anteriores, por lo que es necesario realizar una caracterización minuciosa. En este sentido entra en juego el equipo italiano, especialista en las aplicaciones de la dispersión de rayos X de bajo ángulo, técnica adecuada para estudiar este tipo de materiales. Con la colaboración del equipo de Italia se realizaron mapas de homogeneidad de las películas, que permite detectar la presencia de agregados, el tamaño de las unidades formadoras de la red polimérica, el tamaño de gota de aceite, y la densidad de la película. Estas caracterizaciones, sumadas a las realizadas por microscopía electrónica de barrido, condujeron a una descripción completa del material. En los últimos trabajos se ha estudiado el efecto de la geometría del nanorefuerzo en las propiedades mecánicas de las películas plásticas. La investigación también ratifica la importancia de la escala nanométrica en algunas aplicaciones. En este caso particular, trabajar con nanoemulsiones conduce a materiales mucho más estables, en los que no hay segregación de aceite (lo cual no ocurre cuando se trabaja con emulsiones de tamaño convencional).

Avances en la Investigación y Colaboración Internacional

La producción académica obtenida hasta el momento incluye tres publicaciones internacionales, donde se discute la síntesis y caracterización de películas plásticas basadas en caseinato o en WPC, y el efecto del tipo de nanorefuerzo. Candal comenta que hay dos trabajos más próximos a finalizarse, en los cuales se avanza sobre la comprensión del efecto de coadyuvantes sobre la gelificación de la proteína, y cómo estos fenómenos que ocurren en el comienzo de la síntesis afectan las propiedades del producto final. Estos estudios incluyen análisis realizados en el Sinchrotron Diamond (UK). En el marco de la colaboración con Italia se realizó parte de dos tesis doctorales, una en la FCEyN_UBA y otra en el Doctorado en Ciencia y Tecnología Mención Química de la EHyS.

Bari está localizada en la región llamada Puglia o Apulia (tierra sin lluvias), recostada sobre el mar Adriático. La ciudad de Bari es muy bonita, tiene una parte antigua (Bari antigua) y una más moderna. En la actualidad se nota el florecimiento de una construcción de calidad y buen gusto, que se extiende por las partes menos desarrolladas de la ciudad nueva. Bari está creciendo económicamente en virtud de sus industrias y el turismo (lo que lleva a un aumento del costo de vida). La ciudad vieja se caracteriza por sus calles laberínticas y muy pintorescas, con sábanas colgando desde las alturas de los edificios. Uno de los sitios históricos más característico es la iglesia de San Nicolás de Bari, que guarda las reliquias del Santo. A veces, a San Nicolás se lo identifica con Papá Noél, y también con un santo casamentero. Cuentan que aún hoy en día, las jóvenes le piden marido al santo en el día de San Nicolás, ¡y usualmente lo consiguen!” comparte la anécdota Roberto Candal.

Bari se caracteriza, entre otras cosas, por la producción de lácteos (muzzarella) olivas y aceite de olivas, y productos industriales. Es en conexión con la producción de lácteos donde empalma nuestro proyecto, en el que se busca utilizar un producto que se extrae del suero residual de la producción de quesos (la proteína), para fabricar películas plásticas aplicables al empaque de alimentos. De esa forma, se busca apuntar a una economía circular que minimice el vertido de efluentes (y residuos), aprovechando todos los subproductos generados.

La visita a Italia también incluyó algunas visitas culturales, que llevaron a los investigadores a conocer la parte histórica de la ciudad de Nápoles, y los sitios arqueológicos de Herculano y Pompeya. Nápoles se presenta como una ciudad riquísima en historia, que se remonta desde épocas helénicas, pasando por el reinado de los Borbones, y la unificación de Italia. Sus iglesias, palacios y tesoros hablan de su grandeza pasada y presente. Las características actuales de la ciudad hacen que los porteños y bonaerenses se sientan casi “como en casa”. La presencia de Diego Maradona tiene una vigencia muy fuerte en la ciudad, que se manifiesta en murales, fotos y pinturas, que mantienen viva la memoria del ídolo del Nápoles. Indudablemente, un fenómeno social que merece ser profundamente estudiado.

La estancia en el Instituto de Cristalografía de Bari fue una experiencia transformadora para Roberto Candal y María Lidia Herrera, no solo por los avances académicos logrados, sino también por el profundo impacto cultural y profesional que les dejó. Durante su visita, pudieron consolidar más de una década de colaboración con investigadores italianos, lo que permitió realizar importantes avances en la investigación de materiales plásticos biodegradables.  Esta experiencia no solo dejó frutos científicos, sino también una valiosa reflexión sobre la importancia de la colaboración internacional en la creación de soluciones innovadoras para un mundo más sostenible.

Escuela de Hábitat y Sostenibilidad, Instituto de Investigación e Ingeniería Ambiental