Migración de productos de degradación de poli(ácido láctico) de envases a simulantes de alimentos. Estudio espectroscópico

Alarcón Martínez, Ana Inés (2017). Migración de productos de degradación de poli(ácido láctico) de envases a simulantes de alimentos. Estudio espectroscópico. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Migración de productos de degradación de poli(ácido láctico) de envases a simulantes de alimentos. Estudio espectroscópico
Autor/es:
  • Alarcón Martínez, Ana Inés
Director/es:
  • Martínez Urreaga, Joaquín
  • Beltrán González, Freddys R.
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Química
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Cada día surgen nuevos e interesantes avances en la producción de polímeros enfocados a mejorar nuestra calidad de vida. Sin embargo, la excesiva explotación de los polímeros producidos en masa para envases desechables ha provocado que, en todo el mundo, la contaminación por plásticos se haya convertido en un grave problema. Desde que comenzó a abordarse el tema de la lucha contra el cambio climático, la reducción de las reservas de petróleo y la preocupación por la acumulación de residuos plásticos en océanos y suelos, se ha impulsado una reciente investigación sobre el desarrollo de nuevos polímeros obtenidos de fuentes naturales renovables. Entre ellos destacan los bioplásticos biodegradables, capaces de reducir significativamente el impacto medioambiental. Entre los bioplásticos más prometedores se encuentra el poli(ácido láctico) (PLA), el cual posee características similares al PET y al poliestireno. Debido a su biodegradabilidad, sus buenas propiedades ópticas y mecánicas y su fácil procesabilidad, éste bioplástico se emplea en numerosas aplicaciones, como el envasado de alimentos. Debido a esto, las previsiones del mercado apuntan a que la capacidad productiva global del PLA aumentará cuatro veces entre 2014 y 2020. Por ello, se ha planteado la posibilidad de reutilizar y reciclar estos materiales y, así, reducir las cantidades de materia prima necesarias. No obstante, para comprobar si el reciclado mecánico del PLA es viable, se debe comparar las propiedades del material reciclado con las del material virgen. Entre estas propiedades destacan las propiedades mecánicas, las propiedades ópticas, las propiedades de transporte y la estabilidad y la resistencia a la degradación. La idea central en este proyecto es estudiar la migración, es decir, la transferencia de sustancias de los envases a los alimentos. El uso creciente de materiales biodegradables para el envasado, como el PLA, y la posibilidad de degradación durante el contacto con los alimentos han originado la preocupación por la migración de productos de descomposición tales como monómeros, oligómeros y otros productos de degradación. Entre los posibles migrantes, se encuentran el ácido láctico, la lactida, el ácido lactoil-láctico y oligómeros. Tras un periodo corto de tiempo, estos migrantes pueden reaccionar obteniéndose como producto final el ácido láctico. Dado que el ácido láctico en cantidades elevadas resulta tóxico para el cuerpo humano, es imprescindible estudiar qué cantidad de ácido láctico migra al alimento que se encuentra en contacto con PLA. Este estudio debe realizarse en condiciones similares en el PLA virgen y en el PLA reciclado, para poder comparar los resultados y comprobar que el PLA reciclado no presenta una migración inaceptable al alimento contenido. En este proyecto se ha estudiado la migración en el PLA virgen, y más adelante se estudiará, en otro proyecto dentro del mismo grupo de investigación, la migración en PLA reciclado, para comparar los resultados. Para llevar a cabo este estudio, se extruyó PLA y se elaboraron filmes de espesor similar a los envases de alimentos en una prensa de platos calientes. Después, dichos filmes se sumergieron en agua desionizada y en un medio básico a una temperatura de 40 ºC durante 30 días y a 60 ºC durante 48 horas. De esta manera, se ha podido estudiar el comportamiento del PLA a lo largo del tiempo a distintas temperaturas y el efecto del pH sobre la migración de productos de degradación al medio. Los resultados se han comparado con la migración en una disolución de ácido acético, que está reconocida como un simulante adecuado de alimentos ácidos. Para caracterizar los filmes de material virgen en este trabajo, antes y después de la inmersión en los diferentes medios, se ha empleado la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). Los productos migrados a los simulantes de alimentos se han caracterizado mediante espectroscopía UV-Visible. Además, este estudio servirá para estudiar la posibilidad del empleo de espectroscopía UV-Visible para la caracterización de los productos migrados de la degradación del PLA, un método rápido que además está disponible en la mayoría de los laboratorios. Inicialmente, se han caracterizado en ambos medios los espectros UV del ácido láctico y la lactida. Esto ha permitido obtener información para detectar la presencia de ácido láctico y/o lactida en los líquidos estudiados, mediante una banda de absorción a 212 nm. Además, aparece una banda débil a 270 nm que es más intensa en el caso de la lactida. En este estudio, se ha podido comprobar que la espectroscopia UV aporta información útil sobre la naturaleza química de los productos de degradación de PLA que migran al líquido. En primer lugar, los espectros medidos en agua a 40 ºC muestran una evolución temporal siendo diferentes a distintos tiempos debido a que los productos que migran del PLA al agua son diferentes en función del tiempo de degradación o a que dichos productos se degradan con el paso del tiempo. Además, en estas condiciones no se libera ácido láctico desde el PLA ni se forma en cantidades apreciables en 30 días. Por otro lado, se observan bandas a 252, 236 y 224 nm que pueden corresponder a diferentes oligómeros y dímeros del ácido láctico. Los resultados son diferentes cuando el ensayo se hace a 60 ºC, por encima de la Tg del PLA. Se observa la presencia de ácido láctico en el medio, resultado de la migración directa desde el plástico o de la hidrólisis de los productos migrados, que será más rápida a 60 que a 40 ºC. En medio básico, se observa un comportamiento similar al observado en agua. A 60 ºC en medio básico aparecen dos bandas a 221 y 240 nm que aumentan de intensidad. Sin embargo, en este caso no se observa la formación de ácido láctico. La cinética es similar en ambos medios, con diferencias próximas a las incertidumbres. La única pequeña diferencia es que inicialmente la migración parece más rápida en NaOH, aunque luego parece que crece más en agua. Esto podría indicar que la degradación del PLA por hidrólisis no es catalizada por bases de manera importante. Para caracterizar el PLA y comprobar los cambios estructurales se midió el espectro infrarrojo de las diferentes muestras (FTIR). En el espectro, se observa que se ha producido la cristalización del PLA sumergido a 60 ºC en ambos medios como consecuencia de un aumento del orden molecular, reduciendo la permeabilidad y alterando sus propiedades mecánicas. Además, los espectros muestran que se ha desarrollado en ambos medios una mezcla de diferentes formas cristalinas. Por otro lado, se ha comparado los resultados con una disolución de acético al 3 %, para relacionar los resultados con la degradación de PLA en los simulantes de alimentos. Los espectros muestran que en medio ácido se producen mayores cambios estructurales, sugiriendo que la degradación de PLA es mayor. Esto indica que los ácidos catalizan la degradación hidrolítica, formándose más moléculas pequeñas y se facilita la cristalización del PLA. En breve los resultados obtenidos en este proyecto con PLA virgen serán comparados con los resultados correspondientes al PLA reciclado, que se medirán en otros proyectos dentro del mismo grupo de investigación. El objetivo es evaluar si la degradación y migración del reciclado son comparables a las del virgen y obtener así información para saber si el reciclado puede usarse en envases. En resumen, en este proyecto se ha estudiado la migración de productos de degradación de PLA virgen, y el efecto que tiene en esa migración la naturaleza del medio (más específicamente el pH). Se han estudiado también las transformaciones que sufre el PLA en contacto con los diferentes medios. Se ha demostrado que la espectroscopia UV puede aportar información sobre los productos de migración.

Más información

ID de Registro: 45623
Identificador DC: http://oa.upm.es/45623/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:45623
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 27 Abr 2017 06:37
Ultima Modificación: 27 Abr 2017 06:37
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