Empaques biodegradables y vida útil, la apuesta de la UNAL por una alimentación más

 Bolsas elaboradas con almidón de yuca amazónica, láminas biodegradables hechas con microfibras del cáliz de la uchuva y bandejas producidas a partir de materiales obtenidos de fuentes naturales o renovables (biopolímeros) forman parte de los desarrollos que hoy se investigan en el Laboratorio de Empaques y Vida Útil de Alimentos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos (ICTA) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), una apuesta científica por reducir el impacto ambiental de los envases y mejorar la conservación de los alimentos. Fotogalería.

En el Laboratorio se desarrollan principalmente dos líneas de trabajo: la primera se concentra en el diseño y desarrollo de envases y empaques, lo que incluye la investigación de nuevos materiales y la creación de soluciones más eficientes para la conservación de alimentos, y la segunda está orientada a la estimación de la vida útil, es decir a determinar cuánto tiempo se puede mantener un producto en condiciones adecuadas para su consumo.

Esta segunda línea se enfoca en la prestación de servicios especializados a la industria, por eso las empresas envían allí sus productos para que sean evaluados. A partir de estos estudios se establece el tiempo de duración del alimento, información utilizada posteriormente para definir la fecha de vencimiento con la cual el producto será comercializado.

En el desarrollo de empaques, el Laboratorio trabaja desde dos frentes: por un lado ofrece servicios de caracterización de materiales que pueden formar parte de procesos rutinarios o de la búsqueda de empaques más adecuados y efectivos para la conservación de alimentos, y por otro, el grupo de investigación desarrolla sus propios materiales y prototipos como parte de proyectos científicos y tecnológicos.

Uno de estos desarrollos se adelanta en colaboración con el Instituto de Amazónico de Investigaciones Científicas (Sinchi). En este proyecto se han diseñado bolsas a partir de almidón de yuca, aprovechando la biodiversidad de la región Amazónica, específicamente en Leticia y Puerto Nariño, zonas en las que la yuca es uno de los principales cultivos de subsistencia de comunidades campesinas e indígenas, lo que la convierte en una materia prima estratégica para el desarrollo de empaques biodegradables.

Con este proyecto –financiado por Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación y la Gobernación del Amazonas– se busca instalar una planta piloto en la región, la cual actualmente se encuentra en una etapa intermedia de desarrollo. El Laboratorio de Empaques y Vida Útil de Alimentos del ICTA ha diseñado y desarrollado inicialmente los prototipos de empaque que más adelante se implementarán y escalarán en el territorio.

Transforman el carbón en grafeno, componente útil que mejoraría la resistencia del concreto

 Con un rendimiento promedio del 23 % se destaca el potencial del carbón en la producción de materiales muy pequeños como el grafeno, el cual tiene propiedades excepcionales: alta conductividad eléctrica, resistencia mecánica y ligereza, características que lo hacen valioso para aplicaciones en electrónica, medicina y construcción. Para Colombia, país con reservas de carbón de 6.000 millones de toneladas, este avance abre nuevas puertas para su uso en aplicaciones como el fortalecimiento de materiales y el desarrollo de nuevos productos industriales.

El óxido de grafeno es una forma oxidada del grafeno, un material compuesto por capas de carbono de un solo átomo de grosor; pese a su potencial, producirlo en cantidades suficientes y de forma económica sigue siendo un desafío, especialmente en países en vías de desarrollo.

César Germán Franco Rodríguez, doctor en Ingeniería - Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), desarrolló un proceso innovador para obtener óxido de grafeno a partir de carbones antárcticos, minerales que se caracterizan por ser muy puros y tener un alto contenido de carbono. Su investigación no solo busca valorizar recursos naturales como el carbón, sino además promover aplicaciones sostenibles, como mejorar la resistencia del concreto.

La tesis doctoral, dirigida por el profesor Carlos Guerrero, del Departamento de Química de la UNAL, aplicó un proceso llamado oxidación de Homers, que consiste en someter el carbón a una mezcla de ácidos fuertes (sulfúrico y fosfórico) y agentes oxidantes (permanganato de potasio), los cuales descomponen las estructuras complejas del carbón y generan óxido de grafeno.

Con carbones boyacenses

Para comenzar, el doctor seleccionó carbones de minas en Boavita (Boyacá), conocidos por su alta pureza y contenido de carbono. Estas muestras se trituraron y clasificaron según su tamaño para garantizar que el material procesado fuera homogéneo y adecuado para las reacciones químicas.

“La norma técnica indica que las partículas deben tener tamaños menores a los 0,5 mm y deben estar acompañadas de un proceso de limpieza que, en el caso del carbón, incluye un baño alcalino con hidróxido de sodio o hidroxido de potasio para eliminar impurezas minerales, lo que mejora la pureza y concentración del carbono”, explica el investigador.

Posteriormente, el material se sometió a oxidación química mediante el método de Homers, en una reacción controlada de 10 horas para modificar la estructura cristalina del carbón e insertar cadenas funcionales que forman óxido de grafeno. Este se exfolió mediante un baño ultrasónico con surfactante, para obtener la limpieza perfecta de material.

Luego se purificó con etanol, se secó y caracterizó usando técnicas como espectrofotometría UV-Visible –que mide la cantidad de luz que absorbe o transmite una muestra en el rango de longitudes de onda ultravioleta (UV) y visible–, que sirve para determinar la concentración y calidad de una sustancia, como la pureza o la presencia de impurezas.

También utilizó microscopía electrónica de barrido, técnica que se utiliza para analizar la morfología y topografía de la superficie de un material; con la microscopía de fuerza atómica determinó capas, y a través de la espectroscopia Raman confirmó la estructura química y el grosor del material.

Así, el investigador encontró que es posible obtener óxido de grafeno a partir de carbón antracítico, un tipo de carbón con alta pureza y bajo contenido de impurezas.

Las estructuras obtenidas tienen una altura promedio entre 10,8 y 184,6 nanómetros (nm), un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro. Además, las partículas resultantes presentan tamaños entre los 200 nm y 10 micrómetros (la milésima parte de un milímetro).

“En términos de rendimiento, el proceso logró extraer un 30 % del peso inicial del material, lo que indica que una porción significativa del carbón se convierte en óxido de grafeno”, señala el doctor Franco.

Actualmente el investigador trabaja en incorporar óxido de grafeno en el concreto, buscando aumentar su resistencia mecánica hasta en un 50 %, avance que reduciría el consumo de concreto hasta en un 25 %, alineándose con políticas de sostenibilidad y valorización de residuos.

“El carbón no es ni bueno ni malo, depende del uso que le demos. Este proyecto muestra cómo podemos transformar residuos en soluciones útiles para la humanidad, promoviendo alternativas sostenibles”, concluye el investigador.