Diseño de composites poliméricos basados en celulosa y residuos vegetales como detectores colorimétricos para envases de alimentos

Abstract

La necesidad actual de reemplazar los plásticos utilizados en la industria alimentaria por bioplásticos sostenibles ha impulsado una nueva corriente de investigación centrada en materiales naturales y biodegradables para envases inteligentes. Este trabajo presenta una estrategia novedosa para la revalorización de la piel de uva, un residuo vegetal rico en antocianinas, para fabricar sensores colorimétricos sostenibles. Las antocianinas son un pigmento natural, presente en diversas frutas y verduras, sensible a los cambios de pH y con propiedades antioxidantes y antibacterianas. En este estudio, se preparó un composite completamente biobasado a partir de fibras de celulosa activadas con una mezcla de un polímero, carboximetilcelulosa, y polvo de piel de uva roja, utilizando un sistema de filtración por succión y moldeo por compresión. El composite fue analizado mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Análisis Infrarrojo (IR), Análisis Termogravimétrico (TGA), Espectroscopía Ultravioleta-Visible (UV-Vis) y mediciones colorimétricas. Los resultados demostraron que las antocianinas comestibles presentes en la piel de uva roja otorgan excelentes propiedades antioxidantes. Nuestro composite bifuncional resultante (CE-CMC-UVA) muestra una prometedora respuesta colorimétrica frente a cambios de pH en el rango de 4 a 8, lo cual es interesante para la detección del estado de preservación de un alimento, que libera compuestos básicos (pH alto) cuando se degrada. Esto lo hace atractivo para el desarrollo de materiales de envasado inteligente para alimentos. Además, los resultados indicaron que el aumento en la concentración del polvo de piel de uva roja podría aumentar potencialmente sus propiedades. Sin embargo, la respuesta colorimétrica frente al pH no fue tan efectiva como se esperaba, probablemente debido a la baja disponibilidad de las antocianinas, que se encuentran embebidas en la matriz lignocelulósica de la piel de la fruta

The current need to replace the plastics used in the food industry with sustainable bio-plastics has encouraged a new current of research involving natural and biodegradable materials for smart packaging. This work presents a novel strategy for the revalorization of grape peel, a plant-based waste rich in anthocyanins, to produce sustainable colorimetric sensors. Anthocyanins are natural pigments found in various fruits and vegetables, sensitive to pH changes and possessing antioxi dant and antibacterial properties. Within this study, a fully bio-based composite based on celullose fibers activated with a blend of polymer, carboxymetilcelullose, and red grape peel powder was prepared using a suction filtration system and compression moulding. The composite was analysed using Scanning Electronic Microscopy (SEM), Infrared Analysis (IR), Thermogavimetric Analy sis (TGA), Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis) and colorimetric measurements. The results showed that the edible anthocyanins present in the red grape peel endowed excellent antioxidant properties. Our resulting bifunctional composite (CE-CMC-UVA) exhibits a promising colorimetric response to pH changes in the range of 4 to 8, which is relevant for detecting the preservation state of food, as degraded food releases basic compounds (high pH). This makes it attractive for the development of smart food packaging materials. Moreover, results indicated that the increase of the concentration of the red grape peel powder could potentially enhance its properties. However, the colourimetric response with the pH was not as good as expected, likely due to the low avaiability of the anthocyanings, which are embedded in the lignocellulose matrix of the fruit peel