Cómo funciona el nuevo material a base de plantas que podría reemplazar al plástico en el envasado de alimentos

A medida que los costos de los alimentos siguen en aumento y se avecina una crisis alimentaria mundial, es asombroso pensar que entre el 30 y el 40% del suministro de alimentos de los Estados Unidos termina en los tachos de basura, principalmente debido al deterioro. Al mismo tiempo, la Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que las enfermedades transmitidas por los alimentos por contaminación microbiana causan unas 420.000 muertes al año en todo el mundo.

¿Qué pasaría si hubiera una forma de envasar alimentos frescos que pudiera prolongar su vida útil y eliminar la contaminación microbiana? Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) y la Escuela de Salud Pública TH Chan de Harvard desarrollaron un sistema de envasado de alimentos biodegradable y antimicrobiano que hace ambas cosas.

“Uno de los mayores desafíos en el suministro de alimentos es la distribución y la viabilidad de los alimentos en sí mismos”, dijo Kit Parker, profesor de bioingeniería y física aplicada de la Tarr Family en SEAS y autor principal del artículo publicado en Nature Food. “Estamos aprovechando los avances en la ciencia de los materiales y el procesamiento de materiales para aumentar tanto la longevidad como la frescura de los alimentos y hacerlo en un modelo sostenible”.

Del campo de batalla a la granja

Sorprendentemente, el nuevo sistema de envasado de alimentos tiene sus raíces en la medicina del campo de batalla. Durante más de una década, Parker y su Grupo de Biofísica de Enfermedades han estado desarrollando fibras antimicrobianas para apósitos para heridas. Su plataforma de fabricación de fibra, conocida como Rotary Jet-Spinning (RJS), fue diseñada específicamente para este propósito.

RJS funciona como una máquina de algodón de azúcar: una solución de polímero líquido se carga en un depósito y se expulsa a través de una pequeña abertura mediante la fuerza centrífuga a medida que el dispositivo gira. A medida que la solución sale del depósito, el solvente se evapora y los polímeros se solidifican para formar fibras, con diámetros controlados que van desde la microescala hasta la nanoescala.

La idea de traducir la investigación del vendaje de heridas al envasado de alimentos nació de una colaboración con Philip Demokritou, ex codirector del Centro de Nanotecnología y Nanotoxicología (NanoCenter) en la Escuela Chan de Harvard. El NanoCenter es una iniciativa conjunta entre Harvard y la Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur. “Resultó que los apósitos para heridas tienen el mismo propósito, de alguna manera, que los envases de alimentos: mantener los tejidos, protegerlos contra bacterias y hongos y controlar la humedad”, aseveró Huibin Chang, becario postdoctoral en SEAS y primer autor del estudio.

Para hacer que las fibras sean seguras para los alimentos, el equipo recurrió a un polímero conocido como pululano, un polisacárido comestible, insípido y natural que se usa comúnmente en refrescantes de aliento y mentas. Los investigadores disolvieron el polímero de pululano en agua y lo mezclaron con una variedad de agentes antimicrobianos de origen natural, incluidos el aceite de tomillo, la nisina y el ácido cítrico. Luego, la solución se centrifuga en un sistema RJS y las fibras se depositan directamente sobre un alimento. Los investigadores demostraron la técnica envolviendo un aguacate con fibras de pululano. El resultado se asemeja a una fruta envuelta en telaraña.

El equipo de investigación comparó su envoltura RJS con papel de aluminio estándar y encontró una reducción sustancial de la contaminación por microorganismos, incluidos E.coli , L. innocua (que causa listeria) y A. fumigatus (que puede causar enfermedades en personas inmunocomprometidas) . “La alta relación superficie-volumen del recubrimiento hace que sea mucho más fácil matar bacterias peligrosas porque más bacterias entran en contacto con los agentes antimicrobianos que en los envases tradicionales”, dijo John Zimmerman, becario postdoctoral en SEAS y coautor del trabajo.

El equipo también demostró que su envoltura de fibra aumentó la vida útil del aguacate, una fruta notoriamente delicada que puede pasar de madura a podrida en cuestión de horas. Después de siete días en una mesa de laboratorio, el 90% de los aguacates sin envolver estaban podridos, mientras que solo el 50% de los aguacates envueltos en fibras de pululano antimicrobianas se pudrieron. El envoltorio también es soluble en agua y biodegradable, enjuagándose sin dejar residuos en la superficie del aguacate.

El objetivo: hacer que los alimentos sean más sostenibles

Este sistema de envasado de alimentos antimicrobiano y biodegradable no es la primera incursión del Grupo de Biofísica de Enfermedades para hacer que nuestro sistema de suministro de alimentos sea más sostenible. El grupo de Parker utilizó su sistema RJS para cultivar células animales en andamios de gelatina comestible que imitan la textura y consistencia de la carne. Esa tecnología fue autorizada por Tender Food, una empresa nueva con sede en Boston que tiene como objetivo combatir el enorme impacto ambiental de la industria cárnica mediante el desarrollo de una nueva generación de productos cárnicos alternativos a base de plantas que tienen la misma textura, sabor y consistencia que la carne real.

Las últimas innovaciones del laboratorio en el envasado de alimentos también pueden entrar pronto en el desarrollo comercial. La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y ahora está explorando oportunidades de comercialización con el laboratorio de Parker. “Uno de los objetivos a largo plazo de mi grupo de investigación es reducir la huella ambiental de los alimentos”, remarcó Parker. Y concluyó: “Lo que hemos hecho al crear alimentos más sostenibles y ahora envasarlos de una manera sostenible puede reducir el desperdicio de alimentos”.

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