Tesi doctoral de Samanta Sam: "Active Food Packaging Systems Based on Cellulose Nanofibers: Advanced Strategies for Food Preservation". Direcció: Dr. Joaquim Agustí Tarrés Farrés i Dra. Nuria Fiol Santalo.
El sector de l'envasament d'aliments està dominat
predominantment pels plàstics d'un sol ús (SUP) a causa de la seva
versatilitat, robustesa mecànica, inertícia química i propietats de barrera
efectives que asseguren la conservació dels aliments. Tanmateix, la seva àmplia
aplicació en l'envasament de begudes, carn fresca, fruites i verdures genera
residus substancials i contribueix a la contaminació ambiental. Els polímers
més utilitzats inclouen el polietilè (PE), el polipropilè (PP) i el tereftalat
de polietilè (PET), i són derivats de fòssils i resistents a la biodegradació.
La seva persistència en el medi ambient condueix a la formació de
microplàstics, cosa que representa riscos significatius tant per als
ecosistemes com per a la salut humana. Per abordar aquests reptes, les
estratègies proposades inclouen la reducció del consum de plàstic d'un sol ús,
la implementació de sistemes d'envasament reutilitzables i el desenvolupament
de materials biodegradables i de base biològica. Entre aquests, els materials a
base de paper han rebut una atenció creixent com a substrats d'envasament
renovables, amb el suport d'informes de la Confederació d'Indústries Papereres
Europees (CEPI) i la creixent demanda d'envasos sostenibles. Tanmateix, el
paper té molts inconvenients a causa de les seves pobres propietats de barrera
contra la humitat, el greix, l'oxigen, l'etilè, etc. Aquí entra en joc el paper
de les tecnologies d'envasament actiu, que representen una estratègia
prometedora per millorar la conservació dels aliments mitjançant la interacció
activa amb el producte envasat per allargar la vida útil i mantenir la qualitat
dels aliments peribles. A diferència dels sistemes passius convencionals,
l'envasament actiu incorpora agents funcionals amb propietats antioxidants,
antimicrobianes i d'alliberament controlat que permeten interaccions dinàmiques
amb l'entorn alimentari.
La present tesi doctoral consta de cinc articles i tracta
la producció i modificació de nanofibres de cel·lulosa (CNF) i la incorporació
dels agents actius per impartir propietats de barrera i funcionals als sistemes
d'envasament d'aliments a base de paper. La cel·lulosa, que és el biopolímer
natural més abundant a la Terra, es va seleccionar com a matèria primera
principal a causa de la seva renovabilitat, biodegradabilitat i propietats
fisicoquímiques versàtils. Les nanofibres de cel·lulosa multifuncionals (CNF)
es van produir mitjançant rutes de pretractament químic i enzimàtic per adaptar
la química de la superfície i les característiques de càrrega. Els CNF
catiònics, aniònics i modificats enzimàticament es van preparar mitjançant
cationització mediada per CHPTAC, oxidació mediada per TEMPO i hidròlisi
enzimàtica, permetent la incorporació d'agents antioxidants, antimicrobians i
de captura de radicals per a aplicacions d'envasament d'aliments actius. Per a
la funcionalitat activa, es van incorporar nanopartícules de seleni (Se NPs) i
zeolites com a de captura d'oxigen i etilè, respectivament, mentre que es van
afegir nanopartícules de plata (Ag NPs) i olis essencials (farigola, clau,
canyella i cardamom) com a agents antimicrobians i antioxidants. Les
nanopartícules de seleni i plata es van sintetitzar mitjançant mètodes de
reducció verda, on els CNF serveixen com a llocs d'ancoratge, facilitant la
immobilització i l'estabilització de les nanopartícules dins del sistema. A
més, tant els CNF catiònics com els aniònics actuen com a estabilitzadors de
Pickering en emulsions basades en olis essencials. La seva alta relació
d'aspecte i la seva càrrega superficial inhibeixen la coalescència de les gotes
i milloren l'estabilitat de l'emulsió. La integració d'aquests components en
matrius de CNF mitiga els problemes associats amb l'aplicació directa sobre
paper, com ara la mullabilitat excessiva i la inestabilitat del recobriment, ja
que els CNF són àmpliament coneguts com a modificadors de la reologia i agents
estabilitzadors. Els sistemes resultants van mostrar un millor rendiment de
barrera i una alliberació controlada d'agents bioactius. A més, van mostrar una
activitat antioxidant, antimicrobiana i de captura d'etilè millorada,
demostrant el potencial d'aquests recobriments biològics per a aplicacions
d'envasament d'aliments actius d'alt rendiment.
Lectura de la tesi: 02/09/2026 a la Sala d'Actes de l'Escola Politècnica Superior I (informació extreta de l’Agenda activitats de la web Escola de Doctorat).