Revalorización de un subproducto industrial de la yerba mate para la obtención de materiales compuestos termoformados

Resumen

En la actualidad la utilización de subproductos industriales como la yerba mate en polvo (PYM) para la obtención de biomateriales, surge como una estrategia para reducir la huella de carbono promoviendo la economía circular, aumentando el valor agregado de este tipo de recursos y garantizando la naturaleza sostenible del producto final ^[1]. Dentro de los recursos naturales renovables plausibles de ser utilizados, la gelatina ha recibido atención para el desarrollo de películas debido a su abundancia, biodegradabilidad y excelente capacidad filmogénica. La versatilidad de este polímero para formar películas permitiendo ser moldeado por casting o por termocompresión está basada en las propiedades termoplásticas de las proteínas.

En este marco, los objetivos del presente trabajo fueron: i) diseñar matrices compuestas a base de gelatina y PYM mediante la técnica de termocompresión ensayando diferentes concentraciones del subproducto; ii) evaluar la influencia de un tratamiento físico de curado de las matrices previamente preformadas; iii) estudiar las propiedades físico-químicas, y microestructurales de los materiales obtenidos.

Se obtuvieron premezclas con una concentración variable de PYM (0; 2,5; 5; 7,5 y 10% p/p), gelatina (49-58% p/p), glicerol (48% p/p) y agua cuyas concentraciones se ajustaron de manera de obtener una relación de 1,4 sólidos:líquidos. Las mezclas se acondicionaron en un desecador con sílica durante 24 h. Las películas compuestas se obtuvieron utilizando una prensa hidráulica de placas paralelas calefaccionadas a 80ºC durante 3 min aplicando una presión de 29.5 MPa, estas condiciones de operación permitieron obtener materiales homogéneos que resultaron ser fácilmente desmoldables. El tratamiento físico de curado se realizó sobre las películas empleando una presión de 24.5 MPa durante 10 min a 100ºC.

La inclusión de PYM aumentó la opacidad de los materiales significativamente (p<0,05), la transparencia disminuyó, siendo de 0,69 y 1,82 nm mm^-1 para películas de gelatina control y compuestas con 10% p/p de PYM, respectivamente. Asimismo, las matrices con PYM exhibieron una mejor capacidad barrera al UV-visible en presencia de PYM, propiedad que se mantuvo con el tratamiento de curado (Figura 1).

El hinchamiento y la solubilidad se determinaron por inmersión de las películas en agua durante 1 h. Si bien la solubilidad aumentó con la inclusión de PYM, es pertinente considerar que la solubilidad del PYM a 20ºC fue del 30%. Este resultado explicaría la mayor solubilidad de los materiales con el concomitante aumento de PYM. El hinchamiento de la matriz disminuyó de manera significativa (p<0,05) con la concentración de PYM, mostrando valores un 30% más bajos en películas con un contenido de PYM del 10% en comparación con la matriz de gelatina, mientras que el tratamiento de curado aumentó en general el hinchamiento de las matrices.

A partir de los espectros ATR-FTIR (Figura 2A) se observaron en las películas de gelatina las bandas de absorción atribuidas a la amida de la proteína: el pico de absorción característico de la banda de amida I (correspondientes a la vibración de estiramiento del carbonilo C=O) y la banda de amida II (correspondiente a la vibración de flexión del enlace C-N-H) se detectaron a 1627 y 1530 cm^-1, respectivamente. Además, el pico de absorción de 1240 cm^-1 se asignó́ a la amida III (la vibración de estiramiento de C-N). La intensidad de estas bandas se ha asociado con cambios en el orden estructural de la gelatina. Mientras que, la señal a 3070 cm^-1, adscripta a la vibración de tensión del enlace N-H, se suavizó en presencia de PYM y con el tratamiento de curado. Por otra parte, la banda adscripta a la vibración de estiramiento simétrico y asimétrico del metileno (-CH₂) se identificó a 2850 y 2919 cm^-1, respectivamente. El agregado de PYM se evidenció en la aparición de una banda a 1735 cm^-1, asociada con la presencia de grupos éster entre grupos de la lignina y carbohidratos (celulosa, hemicelulosas) ^[2].