Bioplásticos a partir de suero de leche derivados de la fabricación de queso

El proyecto europeo Wheypack tiene como objetivo principal valorizar los excedentes del suero de leche producidos tras la elaboración del queso, para dar respuesta a una de las grandes preocupaciones del sector, qué hacer con los excedentes de suero lácteo que se producen anualmente. Wheypack promueve el concepto de economía circular, a través de la valorización de estos residuos mediante la generación de un bioplástico que se incorpore nuevamente a la cadena de valor, en aplicaciones de packaging para la conservación del queso.

En la actualidad, la mayor parte del suero de leche se destina al consumo humano, sector farmacéutico y fabricación de piensos para alimentación animal, no obstante, la producción anual supera con creces las necesidades. Sólo en España, se produjeron en 2016 alrededor de 1.727 millones de toneladas de suero lácteo y de ellos, únicamente un 60% fue revalorizado.

La eliminación del suero es generalmente costosa debido a que es necesario extraer el componente acuoso y su vertido está sometido al cumplimiento de estrictas regulaciones ambientales, por lo que es necesario el desarrollo de nuevos campos de aplicación que aporten un valor añadido a los excedentes del suero de leche.

El objetivo del proyecto Wheypack es la creación de envases con aplicaciones para la conservación del queso.

El equipo de investigadores que ha trabajado en el proyecto Wheypack ha conseguido transformar el suero lácteo en Poli-3-hidroxibutirato (PHB), un biopolímero que puede emplearse para la fabricación de envases para la industria alimentaria, como el queso.

Actualmente los materiales más empleados para el sector de envase y embalaje en alimentación son los plásticos commodities, concretamente polipropileno, polietileno, poliestireno y PET, que proceden de fuentes fósiles. No obstante, en los últimos años existe un creciente interés en la reducción del impacto ambiental del uso derivado de los plásticos, especialmente en el sector de envase y embalaje alimentario, debido al corto ciclo de vida de los productos y al gran consumo de los mismos. El PHB ofrece innumerables ventajas medioambientales respecto a sus homólogos de fuentes fósiles, como son su procedencia de fuentes renovables y su biodegradabilidad, por lo que contribuyen al desarrollo sostenible y se alinean con las nuevas políticas en materia de gestión medioambiental.

El Poli-3-hidroxibutirato (PHB) pertenece a la familia de los polihidroxialcanoatos (PHA) y se obtiene a partir de procesos fermentativos en presencia de una fuente de carbono. Existen más de 90 especies estudiadas como Cupriavidus necator (Ralstonia eutropha), Alcalegines latus, Pseudomona putida o Bacillus megaterium. La fuente de carbono proviene de sustratos como glucosa, fructosa, alcoholes y algunos ácidos.

A pesar de las prometedoras propiedades de este material existen ciertas limitaciones que frenan la comercialización de estos productos en el mercado, como son el alto coste de producción y materias primas; y las propiedades térmicas y mecánicas del polihidroxibutirato (PHB), especialmente rigidez excesiva y fragilidad. Todos estos aspectos han sido abordados en el desarrollo del proyecto contribuyendo a superar estas limitaciones.

La fuente de carbono empleada para la fabricación del Poli-3-hidroxibutirato (PHB) representa cerca del 75% del coste global de la materia prima. El suero de leche por su parte es una fuente de carbono de bajo coste, amplia disponibilidad y alto valor nutricional, que ofrece una interesante alternativa frente a los sustratos actuales que contribuiría a la reducción del coste del biopolímero.

Diagrama de evolución del queso envasado.

A lo largo del proyecto, se ha demostrado que es posible obtener Poli-3-hidroxibutirato (PHB) a partir de suero de leche como alternativa a los sustratos ricos en azucares que se emplean actualmente. Para ello, se han acondicionado los diferentes flujos del suero y se han establecido las condiciones óptimas para aumentar el rendimiento de la producción del biopolímero Poli-3-hidroxibutirato (PHB) para la cepa Escherichia coli modificada.

Para la mejora de las propiedades mecánicas, el PHB de síntesis se ha estabilizado y modificado con el objetivo de poder igualar las prestaciones del material de referencia cuyo origen procede del petróleo. El material ha demostrado presentar una buena procesabilidad y se han obtenido demostradores inyectados con el fin de evaluar sus propiedades (ver figura). En la tabla 1 se presenta una comparativa del material de referencia, del PHB sin modificar y del PHB formulado en el proyecto. Como queda patente se ha conseguido reducir la rigidez del material y se mejorado notablemente la resistencia al impacto, especialmente a bajas temperaturas, parámetro crítico en productos refrigerados, ya que pueden caerse accidentalmente, rompiéndose el envase y vertiéndose el producto. Por otro lado, las propiedades térmicas del PHB modificado lo hacen un excelente candidato para procesos de pasteurización.

Para la validación de los envases desarrollados a lo largo del proyecto se realizó un análisis de vida útil del queso, este análisis que incluye un ensayo sensorial, fisicoquímico y microbiológico, concluyó que se conservan perfectamente las propiedades del queso y que la durabilidad del producto es la misma que con el actual material.

Los resultados obtenidos tras la finalización del proyecto son muy prometedores y pueden ser extrapolados a nuevos campos de aplicación dentro del sector del packaging. Especialmente en alimentación, gracias a las propiedades mecánicas y térmicas del material, hacen que sea una interesante alternativa a los plásticos commodities, con la ventaja añadida de que es un material biodegradable y que procede de fuentes renovables.

La investigación, que cuenta con el apoyo del programa LIFE de la Unión Europea, está liderada por Ainia Centro Tecnológico (España), participando como socios del proyecto, Aimplas (España), Central Quesera Montesinos (España) y Embalnor (Portugal). Para la inyección de los demostradores ha participado Nutripack.

Este proyecto ha recibido financiación del Programa LIFE+ (ENV/ES/000608), financiado por LA Unión Europea. www.wheypack.eu/eng/