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Title:
POLYMER FILMS WITH ANTIOXIDANT AND ANTIMICROBIAL ACTIVITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/082053
Kind Code:
A1
Abstract:
The main purpose of this technology is the development of films made from polymer material with antioxidant and antimicrobial activity, which technology is intended for the packaging transformation sector, for use in agri-food and pharmaceutical products or other products. The main difference proposed, in comparison with the current packaging materials used today, is that this material uses an agro-industrial by-product that allows a material with antioxidant and antimicrobial capability to be obtained, also improving the mechanical properties of the polymeric material used.

Inventors:
GALOTTO, María José (Avenida Libertador Bernardo O'Higgins 3363, Estación CentralSantiago, 22, 9170022, CL)
BRUNA BUGUEÑO, Julio Elías (Avenida Libertador Bernardo O'Higgins 3363, Estación CentralSantiago, 22, 9170022, CL)
GUARDA MORAGA, Abel (Avenida Libertador Bernardo O'Higgins 3363, Estación CentralSantiago, 22, 9170022, CL)
RODRIGUEZ MERCADO, Francisco (Avenida Libertador Bernardo O'Higgins 3363, Estación CentralSantiago, 22, 9170022, CL)
Application Number:
CL2015/050045
Publication Date:
June 02, 2016
Filing Date:
November 24, 2015
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE (Avenida Libertador Bernardo O'Higgins 3363, Estación CentralSantiago, 22, 9170022, CL)
International Classes:
A23B4/10; A23B4/24; A23L3/34; B29D7/01; B65D81/28
Foreign References:
US20070003774A12007-01-04
Other References:
DENG, Q. ET AL.: "Physicochemical, nutritional, and antimicrobial properties of wine grape (cv. Merlot) pomace extract-based films.", JOURNAL OF FOOD SCIENCE, vol. 76, no. 3, 2011, pages E309 - E317
FERREIRA. A ET AL.: "Influence of grape pomace extract incorporation on chitosan films properties.", CARBOHYDRATE POLYMERS, vol. 113, 2014, pages 490 - 499, XP029072776
CORRALES, M. ET AL.: "Antimicrobial properties of grape seed extracts and their effectiveness after incorporation into pea starch films.", INTERNATIONAL JOURNAL OF FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, vol. 44, no. 2, 2009, pages 425 - 433
OLEJAR. K ET AL.: "Superior antioxidant polymer films created through the incorporation of grape tannins in ethyl cellulose.", CELLULOSE, vol. 21, no. 6, September 2014 (2014-09-01), pages 4545 - 4556
RUBILAR, J. F. ET AL.: "Effect of antioxidant and optimal antimicrobial mixtures of carvacrol, grape seed extract and chitosan on different spoilage microorganisms and their application as coatings on different food matrices.", INTERNATIONAL JOURNAL OF FOOD STUDIES, vol. 2, April 2013 (2013-04-01), pages 22 - 38
Attorney, Agent or Firm:
JOHANSSON & LANGLOIS LTDA. (San Pio X No. 2460, Oficina 1101 Providenci, Santiago 41, 7510041, CL)
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Claims:
1

REIVINDICACIONES

1 . Película de biocomposito con actividad antioxidante y antimicrobiana, CARACTERIZADA porque comprende:

a) un material polimerico,

b) orujo de uva.

2. La película de biocomposito de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque además comprende opcionalmente un plastificante. 3. La película de biocomposito de acuerdo a la reivindicación 1 ,

CARACTERIZADA porque el material polimérico es poliácido láctico con una concentración de 70 a 99,9 % en peso.

4. La película de biocomposito de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque el orujo de uva está en una concentración de 0, 1 a

30 % en peso en relación al polímero.

5. La película de biocomposito de acuerdo a la reivindicación 2, CARACTERIZADA porque el plastificante es un polialcohol con una concentración de 0 a 10 % en peso. 2

6. Procedimiento de elaboración de una película de biocompositos, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas:

a) Limpieza de orujo de uva, eliminación de residuos e impurezas, b) Secado de orujo de uva,

c) Molienda de orujo de uva,

d) Opcionalmente incorporar de un plastificante,

e) Mezclado con un material polimérico,

f) Homogenización de la mezcla,

g) Extrusión del material homogenizado, y

h) Enfriamiento en rodillos.

7. El procedimiento de elaboración de la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque el orujo de uva se muele hasta alcanzar un tamaño de partícula igual o inferior a 75 pm.

8. El procedimiento de elaboración de la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque el material polimérico es poliácido láctico y plastificante es un polialcohol.

9. El procedimiento de elaboración de la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque el material homogenizado se extruye en un rango de temperatura de 150 a 220°C. 3

10. Uso de la película de biocompositos con actividad antioxidante y antimicrobiana, CARACTERIZADO porque sirve para elaborar envases y/o embalajes tanto en la industria de alimentos como productos farmacéuticos.

1 1 . Uso de la película de biocompositos con actividad antioxidante y antimicrobiana, CARACTERIZADO porque dicha película puede ser utilizada en forma individual o en combinación con otros materiales o envases.

Description:
PELICULAS POLIMERICAS CON ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE Y

ANTIMICROBIANA

Campo de la invención

La invención de la presente solicitud tiene relación con desarrollar películas de biocompositos con actividad antioxidante y antimicrobiana, orientada a solucionar los problemas que presentan los productos susceptibles de sufrir cambios, tales como agrícolas, alimentarios, farmacéuticos entre otros, especialmente debido a la oxidación en el Sector Transformador de Envases - Embalajes. Es decir, elaborar un producto plástico que presente capacidad antioxidante y antimicrobiana mediante la utilización de un subproducto agrícola T como es el orujo de uva (en adelante OU), y un polímero.

Antecedentes de la invención

El almacenamiento o transporte de productos en general, se relaciona con procesos de conservación y con el uso de envases que protejan productos susceptibles de sufrir cambios en sus propiedades, ayudando a evitar su deterioro y que permitan conservar ciertas propiedades y características de estos productos en el tiempo. Este planteamiento responde a la necesidad de aumentar la vida útil de ciertos productos, manteniendo las propiedades para su aprovechamiento posterior, y también como respuesta a las exigencias de la comercialización, lo que permite que el producto llegue a diferentes lugares del mundo sin deteriorar su calidad. En consecuencia, existe un especial interés en desarrollar nuevas tecnologías en torno a envases y embalaje que permitan facilitar los procesos de conservación, almacenamiento y transporte de diferentes productos tales como los alimentos, productos químicos o farmacéuticos, y que permitan además, una adecuada comercialización mediante el rotulado e identificación del producto en cuestión. Por lo tanto, el objetivo de los envases es proteger los productos contra posibles daños microbiológicos y/o oxidativos, cambios que se den en sus atributos sensoriales y/o propiedades, y funcionan como contenedor y elemento de marketing.

En la actualidad, la elaboración de los envases debe responder a las nuevas exigencias ambientales y permitir un fácil manejo, un ejemplo de esto son los envases de tipo comestible y biodegradable. Estos últimos se obtienen de materias primas de origen animal, vegetal o microbiano y se utilizan en los sectores de agricultura, medicina y alimentación. Una característica importante de este tipo de envases es la transformación en sustancias sencillas (principalmente agua, dióxido de carbono y biomasa) que se efectúa al ser expuestas a determinadas condiciones de humedad, flora microbiana y oxígeno durante un tiempo prolongado y mediante la acción enzimática de diferentes microorganismos.

Al respecto, existen numerosas solicitudes de patente en el estado del arte que hacen referencia tecnologías relacionadas con la obtención de un material de embalaje o envasado que permitan solucionar los problemas técnicos mencionados anteriormente de manera especial en el área de los alimentos, como por ejemplo:

CN 102388947 "Anti-oxidation and heat-shrinkage comprehensive fresh- keeping method of dry-curedham", que se relaciona con un método para tener un envase con sistema de contracción térmica y actividad antioxidante para conservar jamón curado. El método consiste en recubrir mediante pulverización de una mezcla de una solución acuosa de extracto de semillas de uva y una solución ácido acético/quitosano sobre la superficie de todo el jamón curado, el que luego es secado y colocado en una bolsa pequeña desoxidante especial para el jamón, y finalmente envasado al vacío mediante una película de encogimiento al calor de PVDC (cloruro de polivin¡l¡deno)/PE (polietileno) proceso de almacenamiento y circulación de todo el jamón curado, y prolongar con eficacia la circulación y el período de almacenamiento y vida útil del jamón.

EP 1657181 "Antimicrobial packaging based on the use of natural extracts and the process to obtain this packaging", donde se describe la obtención de un material de envasado antimicrobiano y fungicida. Haciendo referencia a la introducción de cualquier liquido activo (a base de resina, solvente, aditivos y extractos naturales) y que posean actividad antimicrobiana, antifungicida y/o antioxidante. El líquido activo puede aplicarse al formato final del envase elaborado antes de que se introduzca el producto deseado.

JP H02171171 "Packaging material for food" en donde el material para envase contiene un antioxidante natural (por ejemplo, tocoferoles) en un material polímero etilénico (por ejemplo, PE, PVC o polibutadieno) o aplicado a la superficie del polímero etilénico, capaz de prevenir la oxidación de un alimento.

KR 20100047494 "Film composition of polyvinyl alcohol resin enhanced tensile strength" cuyo objetivo es obtener un film de resina de polivinil alcohol para controlar el grosor y la transparencia de la película, añadiendo un agente antimicrobiano y un extracto de hierbas naturales sin pérdida de fuerza de la película. Esta película se compone de la resina de polivinil alcohol que contiene entre 5 y 50 partes de resina de alcohol de polivinilo en masa, entre 5 y 30 partes de plastificante (glicerina, etilenglicol, polietilenglicol, propilenglicol, dietilenglicol y tnetilenglicol) en masa, entre 1 y 20 partes de glioxal en masa, y entre 1 y 8 partes de ácido fosfórico en masa. El plastificante se selecciona del grupo que consiste en glicerina, etilenglicol, polietilenglicol, propilenglicol, dietilenglicol y tnetilenglicol.

WO 2012100760 "Hygienic cover with antimicrobial outer surface and method of its manufacture" donde el objetivo es obtener un film para recubrir - envolver, el cual posea un tratamiento antimicrobiano en la cara exterior. Esto se basa en recubrir un film polimé co (mono o multicapa), con una sola o múltiple impresión que posea el agente antimicrobiano (que no exceda 0, 1 mm). El agente antimicrobiano puede ser una sustancia conteniendo iones plata, aceites volátiles de sustancias naturales seleccionadas (tales como tomillo, orégano, canela, clavo de olor, romero o hinojo). La invención también comprende un proceso de producción sobre la base de una película de polímero cubierto con una impresión única o de múltiples capas, de las cuales al menos una capa contiene un agente anti-microbiano.

WO 2013084175 "Material for packaging fresh food of animal origin inhibiting the development of biogenic amines", donde la invención consiste en un material para el envasado de alimentos que comprende una primera capa hecha de papel, que está unida a una segunda capa de polietileno o de un material biodegradable compostable, una tercera capa metálica, todas ellas adheridas mediante la interposición de una capa adhesiva o por interposición entre ellas, donde en la superficie (en contacto con el alimento) está depositado un extracto natural o un aceite esencial o al menos una molécula activa aislado a partir de dicho extracto natural o dicho aceite esencial de Rosmarinusofficinalis o Citrus limón o de Vitisvinifera o mezclas de los mismos.

WO 2007/144444 A1 "Envase activo inhibidor de patógenos alimentarios", donde esta invención está basada en el obtención de un envase con activo inhibidor de patógenos alimentarios mediante la generación de una atmósfera modificada o por contacto directo, utilizando como soporte papel, cartón, corcho, aluminio o madera y un recubrimiento activo. El recubrimiento se basa en una parafina (nano cristalinas, micro cristalinas, sintéticas, aceites blandos, ceras naturales de origen sintético o natural) las cuales contienen el agente activo o mezcla de ellos (extractos de esencias naturales de canela, orégano, clavo de olor o tomillo). Objetivos de la invención

Es importante destacar que la industria de los alimentos y productos químicos o farmacéuticos corresponden a sectores de gran importancia en las exportaciones e importaciones, con incrementos importantes y muy significativos en los últimos años. Sin embargo, uno de los principales problemas está asociado a las pérdidas de algunos tipos de producto durante su comercialización, debido a alteraciones microbiológicas y oxidativas generando grandes pérdidas económicas a nivel industrial. Este problema se ve aumentado cuando los productos exportados deben llegar a mercados cada vez más alejados como China y Japón.

En los últimos años, se han desarrollado nuevas tecnologías en el área de envases de alimentos y productos farmacéuticos cuyo principal objetivo es poder controlar la cantidad de radicales libres así como inhibir el crecimiento microbiológico en la superficie, como por ejemplo en la superficie de los alimentos, mediante la incorporación de agentes activos con capacidad antioxidantes y/o antimicrobiana en el envase, garantizando de esta forma la segundad y estabilidad del producto y la de sus propiedades, así como extender la vida útil del producto evitando su deterioro en el tiempo.

Sin embargo, en general, una de las grandes problemáticas de estos nuevos tipos de envases es que los costos de aditivos (activos) adicionados son elevados provocando un aumento en el costo de los materiales de envases a ser utilizados. Por otra parte, existen subproductos de la industria agroalimentaria con alto valor por sus propiedades antioxidantes y antimicrobianas. La utilización de estos subproductos permitirá su revalorización en el mercado.

En consecuencia, el objetivo de la invención de la presente solicitud es desarrollar películas de biocompositos con actividad antioxidante y antimicrobiana que se puedan utilizar como material de envase o embalaje tanto en la industria alimentaría como farmacéutica, las cuales pueden ser utilizadas en forma individual o combinada con otros materiales. Estas películas de biocompositos son elaboradas utilizando un subproducto elaborado proveniente de la agroindustria, es decir, orujo de uva, el cual permite obtener un material con capacidad antioxidante y antimicrobiana, que además mejora las propiedades mecánicas del material polimérico utilizado en la elaboración de dichas películas.

Si bien es cierto existen en el estado del arte, aditivos que son sintetizados o preparados con el fin de incorporar actividad antimicrobiana o antioxidante a materiales poliméricos, no existe el uso de un subproducto elaborado, como el orujo de uva, en materiales poliméricos ya sea para modificar propiedades de estos materiales ni para introducir una actividad determinada en ellos.

Por lo tanto, la principal diferencia propuesta frente a los materiales de envases activos utilizados hoy en día, es el hecho de que este nuevo material utiliza un subproducto agroindustrial que permite incorporar capacidad antioxidante y antimicrobiana, mejorando además las propiedades mecánicas del material polimérico utilizado para elaborar envases y/o embalajes.

Breve Descripción de los dibujos

Las Figuras 1 y 2 que se acompañan, se incluyen para proporcionar una mayor compresión de la invención de la presente solicitud, constituye una de las ejecuciones preferidas, para explicar los principios de ésta.

Figura 1 : Modulo de elasticidad de biocompositos de orujo de uva con

PLA.

Figura 2: Porcentaje de elongación de los biocompositos de orujo de uva con PLA.

Descripción de la invención

El objetivo principal de la tecnología de la presente solicitud es el desarrollo de películas de biocompositos con actividad antioxidante y antimicrobiana, donde la principal diferencia propuesta frente a los materiales de envases activos utilizados hoy en día, es el hecho de que este material utiliza un subproducto elaborado agroindustrial, orujo de uva, que permite obtener un material con capacidad antioxidante y antimicrobiana, mejorando además las propiedades mecánicas del material polimérico utilizado en su elaboración.

Proceso de elaboración de la película de biocomposito

La incorporación del subproducto agroindustrial, se realiza en fundido mediante la técnica de extrusión en caliente, obteniendo finalmente una película de biocomposito activo con capacidad antioxidante y antimicrobiana. Para elaborar el material plástico con capacidad antioxidante a partir de subproducto agrícola, se requiere de un tratamiento previo del compuesto agroalimentario, seguido de su incorporación a la matriz plástica, de acuerdo como se señala a continuación:

El subproducto agrícola, orujo de uva, previo a su incorporación a la matriz plástica (material polimérico), debe ser limpiado, eliminando residuos e impurezas (cáscaras, fibras, etc.), secado en estufa y posteriormente, molido hasta obtener un polvo con tamaño de partícula igual o inferior a 75 pm.

Una vez obtenido el polvo de orujo, se incorpora en distintas proporciones, entre 0, 1 y 30% a un polímero en forma de polvo o pellet (con o sin adición de plastificante), y luego se homogeniza en un homogenizador tipo pantalón o similar). El material homogenizado se extruye en una extrusora doble tornillo (con perfil de temperatura, velocidad de tornillo y temperatura de cabezal requerido en función del tipo de polímero plástico utilizado como soporte, características importantes del proceso de elaboración que permitirán la reproducción de la invención). El material fundido, se recibe en rodillos de enfriamiento.

Al incorporar el orujo de uva (OU) en la matriz polimérica disminuye el valor de la fuerza de tensión de forma proporcional con la incorporación del aditivo, obteniendo valores desde 43,3 N/mm 2 (0,5% OU) hasta 4,6 N/mm 2 (10% OU). Por otra parte, al evaluar la elongación a la ruptura a las diferentes concentraciones es posible observar un leve incremento pero sin diferencias significativas entre las concentraciones 0,5 y 2,5% de OU en la matriz polimérica. Sin embargo, se observa un aumento significativo a partir del 5% de OU, donde se obtiene un valor de 6,9% de elongación a la ruptura, este efecto puede deberse a que posterior a la extrusión, las fibras fundidas se unen con mayor fuerza a la matriz, otorgándole ductilidad y mayor resistencia en las concentraciones más altas.

Los resultados se muestran en la siguiente Tabla

Tabla 1 : Propiedades mecánicas (módulo de elasticidad y elongación a ¡a ruptura) de ¡os biocomposstos.

*las letras a-f representan el cambio significativo de la propiedad, con una significancia de p>0,05. Letras distintas indican cambios significativos.

A continuación se presentan los resultados obtenidos utilizando poli ácido láctico (en adelante PLA) como polímero base y orujo de uva como subproducto agroindustrial, en películas de biocompositos a diferentes composiciones, logrando resultados bastantes favorables con el objetivo buscado. En la Tabla 2 se presentan resultados obtenidos de actividad antioxidante de las películas de biocompositos producidos, donde se puede observar que tras la incorporación de OU en el material polimérico se produce una reducción radicalaria o de radicales libres. El porcentaje de reducción aumenta con la concentración de OU en el material. Mostrando de esta forma que la incorporación de OU en el material polimérico, permite obtener un material con actividad antioxidante.

Tabla 2. Actividad antioxidante de biocompositos de poliácido láctico y orujo de uva expresada en inhibición de radicales libres.

ND: No detectado

En la Tabla 3 se presentan los resultados obtenidos de actividad antimicrobiana de las películas de biocompositos frente a Escherichiacoli. Los resultados muestran que dichas películas efectivamente presentan actividad antimicrobiana frente a este microorganismo. Cabe señalar que se trabaja con Escherichiacoli debido a que es uno de los microbios más resistentes a la inhibición.

Tabla 3. Actividad antimicrobiana de los nanocompositos frente a escherichiacoli expresada porcentaje de inhibición y reducción logarítmica.

ND: No detectado

En la Figura 1 y 2 se presenta el efecto del orujo de uva sobre las propiedades físico-mecánicas del PLA, donde se observa una disminución del módulo de elongación (Figura 1 ) y un aumento en el % de elasticidad (Figura 2). Los resultados muestran una clara evidencia de que el material obtenido tras la incorporación del orujo de uva en el polímero seleccionado, mejora las propiedades mecánicas, en comparación con el PLA.

En la actualidad, en el área de envases para alimentos o productos farmacéuticos se está trabajando en el desarrollo de envases activos que poseen la ventaja de bajar la cantidad de aditivos en el producto con el fin de aumentar la vida útil. Para esto, se están utilizando diferentes tipos de compuestos activos de origen sintético y naturales. La ventaja de la tecnología de la presente invención, consiste en utilizar y valorizar un subproducto de la industria del vino, que hasta el momento no ha sido utilizado, como es el orujo de uva. Pudiendo obtener un nuevo material con actividad antimicrobiana y antioxidante así como mejores propiedades mecánicas, gracias a la incorporación de este subproducto.

Cabe destacar que la película de biocompositos de la presente solicitud presenta los siguientes beneficios y/o ventajas:

1 ) Favorece la aceptación del consumidor pues se evita la adición directa de conservantes o aditivos al producto final favoreciendo el empleo de agentes activos naturales.

2) Favorece la conservación de alimento o producto farmacéutico, alargando su vida útil y manteniendo su calidad y salubndad a lo largo del ciclo de distribución. Mejora las condiciones del sistema de conservación (tradicional o habitual). 3) Favorece la reducción los costos logísticos al contar con productos con una mayor vida útil y una menor rotación.

4) Favorece la exportación con un producto que puede llegar con mejor calidad a los mercados externos, en especial a destinos de larga distancia.

5) Presenta ventajas medioambientales al permitir la reducción del número de unidades de producto envasado desechadas por superar el período de caducidad.

Las principales ventajas que diferencian el material de la presente solicitud con respecto a otros productos utilizados hoy en día, es el hecho de trabajar con un material de natural, que actualmente es un desecho de la producción vitivinícola que puede ser recuperado y utilizado en beneficio de la obtención de nuevos tipos de materiales. Además, el hecho de que al ser un material de desecho el costo asociado a su uso sería inferior al uso de otro tipo de aditivos potencialmente utilizados en el mercado, los cuales en general poseen un costo mayor, viéndose aumentado por ende el valor del producto final.

Por lo tanto, la incorporación del orujo de uva a diferencia de los aditivos hoy en día utilizados, permitirá otorgar actividad antimicrobiana y antioxidante al material polimérico utilizado, mejorando además las propiedades mecánicas del material, mientras.

Es importante señalar que a pesar de que las solicitudes de patentes existentes incorporan aditivos en diferentes materiales para producir envases y/o embalajes, se debe tener presente que el tipo de aditivo utilizado, orujo de uva, la forma de incorporación de este en el material plástico, y los cambios que este produce en el material final no se encuentran descritos en el estado del arte.