Medio Ambiente

Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)

PK-97-MA Botellas comestibles para no contaminar.

Asesor: REYNA ELIZALDE GONZÁLEZ

Equipo [ ]: Mariana Montes de Oca Álvarez(2095) , Ariana Yunuen Palacios Sánchez(2027)

Resumen

Con la finalidad de evitar la continua incorporación de contaminantes físicos, como las botellas de plástico, que alteran la composiciòn no sólo del agua sino también del suelo, nos propusimos elaborar mediante una reacción de esferificación (entre el alignato de sodio y el lactato de calcio), botellas de agua comestibles. Estas botellas como lo pudimos apreciar en los resultados son membranas que cumplen una doble función: pueden contener agua y comerse al mismo tiempo.

Pregunta de Investigación

¿Se podrá elaborar botellas por medió de la reacción de esferificación?

Planteamiento del Problema

La producción desbordada de envases para agua, refrescos y todo tipo de líquidos se esta convirtiendo en un gravisimo problema ambiental. Además, para que se produzca una botella de un litro de agua, se desperdician tres y sólo una de cada cinco botellas de plástico es reciclada y las demás tardan más de 500 años en descomponerse.

Según algunos estudios, se estima que, para el 2050, habrá más plástico contaminado los océanos que peces viviendo en él.

Antecedentes

Los envases juegan un papel fundamental en la industria alimentaria ya que realizan importantes funciones como la de “contener, proteger, manipular, distribuir y presentar mercancías, desde materias primas hasta artículos acabados, y desde el fabricante hasta el usuario o el consumidor” (Directiva 94/62/CE del Parlamento Europeo y del Consejo). Entre estas funciones destaca la acción protectora de los envases, ya que contribuyen al retraso del deterioro, aumentan la vida útil y mantienen la calidad y seguridad de los alimentos envasados. Los envases protegen a los alimentos y bebidas de una serie de agentes externos procedentes del ambiente como son el calor, la luz, humedad, oxígeno, presión, enzimas, olores indeseables, microorganismos, insectos, suciedad y partículas de polvo o emisiones de gases, entre otros (Restuccia y cols., 2010) que suponen un detrimento de su calidad o seguridad. Por otra parte, desde un punto de vista comercial los envases se emplean para identificar un producto determinado, y también para proporcionar información importante como, por ejemplo, el peso, ingredientes o valor nutricional (Restuccia y cols., 2010).

Los materiales más utilizados para el envasado de alimentos y bebidas son los plásticos sintéticos, que se clasifican en la actualidad en siete categorías (Tabla 1). Estos polímeros sintéticos se emplean por las múltiples ventajas que presentan, como ser químicamente inertes, ligeros, resistentes, cómodos e higiénicos, y por su versatilidad de forma, tamaño, etc. (García-Díaz y Macías-Matos, 2008). Sin embargo, al ser compuestos sintéticos, no biodegradables y derivados del petróleo, su utilización supone serios problemas ecológicos debidos principalmente a la contaminación medioambiental que causan, tanto por su fabricación e incineración como por su aporte en la generación y acumulación de residuos. Por otro lado, estos polímeros sintéticos pueden vehiculizar sustancias tóxicas o no deseables como monómeros, plastificantes, antioxidantes sintéticos, aditivos, etc. presentes en su propia composición y que pueden migrar al alimento que envuelven (Nerín de la Puerta, 2009).

Además de lo anteriormente expuesto, no hay que olvidar otros problemas que conllevan el uso del petróleo como materia prima, como son la disminución de las reservas petrolíferas y su precio elevado. Por lo tanto, existe un interés tanto político como social por encontrar nuevos materiales procedentes de fuentes renovables, menos contaminantes o de fácil reciclado para envasar los alimentos. Con ese objetivo en los últimos años se han realizado numerosas investigaciones encaminadas a desarrollar nuevos materiales biodegradables, como son algunos biopolímeros, ya que éstos tienen un menor o nulo impacto medioambiental.

Tabla 1. Plásticos derivados del petróleo utilizados enel envasado de alimentos

(Adaptada de Arrieta, Garrigós Selva, Jiménez Migallón y Peltzer, 2011)

Tipo Material Abreviatura Aplicaciones

1 Polietileno tereftalato PET Botellas

2 Polietileno de alta densidad PEAD Botellas, bandejas

3 Policloruro de vinilo PVC Películas flexibles

4 Polietileno de baja densidad PEBD Películas, bolsas

5 Polipropileno PP Películas flexibles

6 Poliestireno PS Bandejas, tarrina

7 Otros Policarbonatos, resinas, epoxi, etc.

ENVASES BIODEGRADABLES COMESTIBLES: PELÍCULAS Y RECUBRIMIENTOS.

Los materiales comúnmente utilizados para la elaboración de envases biodegradables de uso alimentario proceden de fuentes renovables y se caracterizan por ser capaces de formar películas que presentan unas propiedades (mecánicas, de barrera y de transmisión de la luz) similares a los plásticos convencionales, pero con una alta capacidad de biodegradación. Muchos de estos materiales presentan la ventaja adicional de ser comestibles a diferencias de los plásticos convencionales. Por esta última razón, los materiales biodegradables, como son por ejemplo algunos biopolímeros, se estudian exhaustivamente en los últimos años, por su posible aplicación en el desarrollo y diseño de envases comestibles, como una forma más de proteger los alimentos.

En la bibliografía aparecen dos tipos de envases comestibles: recubrimientos y películas (denominados en inglés como coating y film, respectivamente), que se diferencian principalmente por la forma de aplicarse sobre la superficie del alimento, pero que tienen el objetivo común de alargar la vida útil del producto al cual recubren (Rojas-Graü, 2007; Pavlath y Orts, 2009) y que están en contacto directo con el alimento y frecuentemente se consumen de manera conjunta.

Un recubrimiento o cobertura comestible (coating) se define como una capa delgada de material comestible formado como un revestimiento sobre el alimento, mientras una película (film) comestible es una capa preformada y delgada elaborada con material comestible que una vez preparada puede disponerse sobre el alimento o entre los componentes del mismo (Krochta y De Mulder-Johnston, 1997). De forma general puede decirse que los recubrimientos se aplican en forma líquida sobre el alimento, normalmente por inmersión del producto en la solución con capacidad filmogénica, mientras que las películas elaboradas como láminas sólidas se aplican posteriormente sobre el alimento como envoltura (McHugh y Senesi, 2000).

Los desperdicios plásticos están provocando una crisis global. La Organización Mundial de la Salud y el PNUMA han declarado conjuntamente que la disrupción endocrina (uno de los efectos del plástico) es una crisis global.

Un grupo internacional de científicos ha solicitado que los gobiernos declaren el plástico como residuo peligroso. El plástico es un material que el Planeta no puede digerir, tarda cientos de años en descomponerse en el medio ambiente, hasta 1.000 años según el tipo de plástico.

Utilizar masivamente un material tan duradero para objetos desechables es un error de consecuencias catastróficas a nivel global.

Los plásticos que entran en contacto con los alimentos envenenan a los seres humanos. Algunos de los aditivos tóxicos del plástico, como el potente disruptor endocrino bisfenol A,  contaminan la sangre de más del 90% de la población, incluidos los niños recién nacidos.

El plástico en el medio ambiente se va fragmentando en trocitos cada vez más diminutos que atraen y acumulan sustancias tóxicas. Estos fragmentos contaminan ya todos los mares y costas del planeta y están presentes en prácticamente todos los ecosistemas.

Los fragmentos de plástico son ingeridos por animales, incluso por seres microscópicos como el plancton, contaminando la cadena alimentaria de la que dependemos.

El reciclaje de los plásticos NO es una solución sostenible. La gran mayoría de los desechos plásticos recogidos para reciclar en realidad son exportados a países pobres, incinerados, convertidos en objetos no reciclables, o arrojados directamente al vertedero. La verdadera solución es rechazar el plástico de usar y tirar.

La contaminación por plásticos no es un problema solo de gestión de residuos, sino de mal diseño, de ausencia de diseño sostenible. La solución es ponerle fin a nuestra adición a los plásticos de usar y tirar. El mal llamado reciclaje de plásticos no funciona, y los mal llamados plásticos ecológicos crean tantos problemas como los que resuelven.

Ante este problema,

¿Qué podemos hacer? 

  • Reducir el consumo de plástico
  • Mejorar la gestión del reciclaje, tanto a nivel industrial como individual
  • Gestionar el uso que hacemos a diario del plástico
  • Unirte a iniciativas como Agüita con el plástico ó Clean Ocean Project
  • En definitiva, adoptar un estilo de vida sostenible y compatible con nuestro Planeta

Si has llegado hasta aquí, ¡seguro que te preocupa e interesa el tema y quieres pasar a la acción!

Puedes seguir profundizando, leyendo estos artículos de ecointeligencia:

  • ¿Sabes cuánto plástico hay en nuestros mares y océanos?
  • El nuevo continente que forman los plásticos en el océano
  • Nos espera un futuro en el que en los mares habrá más plástico que peces
  • Datos sobre las consecuencias de la contaminación por plásticos que no te dejarán indiferente

El fin de las botellas de plástico podría estar cada vez más cerca. En nuestro planeta se consumen nada menos que 1,9 millones de botellas de plástico al día y solo en Estados Unidos se venden 50.000 millones al año. Para producir esa cantidad, son necesarios 17 millones de barriles de petróleo, o lo que es lo mismo, el crudo que utilizan un millón de automóviles durante ese mismo tiempo.

Conscientes de la problemática, tres investigadores de la empresa londinense Skipping Rocks Lab , creen haber dado con la solución: los envases comestibles. ¡Para ello han creado las burbujas de agua Ooho!, un packaging esférico hecho a base de algas, cloro y calcio.

Este redondo invento contiene 50 mililitros de agua y se puede comer o bien usar para compostaje ya que es biodegradable. Su objetivo es “proporcionar la comodidad de las botellas de agua a la vez que limita el impacto ambiental”, aseguran sus diseñadores Rodrigo García González, Guillaume Couche y Pierre Paslier.

Su uso es fácil a la vez que entretenido: se hace un agujero en la superficie y se sorbe el líquido de su interior de una vez. “Es por ese motivo que únicamente contiene 50 mililitros, el volumen ideal para saciar la sed sin llenarse demasiado”. Luego uno debe elegir entre comerse el envase o bien tirarlo sin tener mala consciencia, pues en cuestión de semanas se habrá descompuesto. Si elige la primera opción, el usuario debe saber que la membrana no tiene sabor, aunque Rodrigo García asegura que “si se desea, se podría añadir el gusto que se quisiera”.

“Crear estas bolitas consume nueve veces menos energía y cinco veces menos dióxido de carbono que la producción de botellas de plástico normales”, destacan sus fundadores. Además, añaden, “son aptas para todo tipo de líquidos, ya sean refrescos o incluso bebidas alcohólicas”.

Su proceso de producción se basa en la técnica culinaria de alta cocina de la esferificación. “Para que se forme la membrana se debe sumergir una bola de hielo en cloruro de calcio y extracto de algas marrones. Esta capa se mantiene con una textura gelatinosa una vez el agua helada se vuelve líquida”, relatan.

ESFERIFICACIÓN

En la gastronomía ha surgido una nueva tendencia de preparar alimentos de una manera más llamativa para al consumidor, algo innovador que con su apariencia llame la atención del consumidor y se puede llegar a percibir con los 5 sentidos. Esta tendencia tiene un nombre y se conoce como gastronomía molecular de la cual surgen diferentes técnicas; en donde se han modificado metodologías clásicas mediante la aplicación de nuevas tecnologías. Empezaron a combinar la ciencia con la cocina en donde científicos comenzaron a adentrarse en cuestiones culinarias. Actualmente nos encontramos en una época en que cada vez los niveles de competitividad son cada vez mayores. La ciencia y tecnología avanzan rápidamente para lograr la mejoría en la calidad de vida de los seres humanos en todos los ámbitos. Por fortuna, el mundo de la gastronomía no se queda atrás. Valiéndose de todos los avances científicos-técnicos y sus aplicaciones en la cocina, vemos como comienzan a desarrollarse nuevas técnicas de cocción o preparación de platillos (Escandell, 2015). La esferificación es una técnica en la que se puede encapsular diferentes alimentos, es una de las vías con mayor viabilidad que se puede encargar de ofrecer alimentos frescos y con un rico aporte nutrimental, resguardando las características sensoriales de los alimentos y compitiendo de igual forma con los alimentos más industrializados. Esta técnica, se basa en la gelificación controlada de un líquido que, cuando se sumerge en un baño de cloruro de calcio, forma esferas, constituyendo una malla semirrígida formada por enlaces químicos responsables de que un líquido tome consistencia y forme esferas perfectas (Ramírez et al., 2014). Imeson (2010) resalta el efecto prebiótico de los alginatos de bajo peso molecular, los beneficios de su ingesta como fibra diaria para la reducción de los niveles de azúcar y colesterol en sangre, así como, la capacidad para prolongar la vida útil en productos. La viscosidad es la característica principal de las soluciones de alginato y junto a su reactividad frente a los cationes polivalentes, es la que genera características como espesante, estabilizante y gelificante.

Las esferificaciones en si se clasifican dependiendo del alimento que se quiera transformar y del producto que se quiera obtener esta técnica se clasifica en esferificación básica, esferificación inversa y encapsulación. En el siguiente cuadro se muestra la clasificación de las esferificaciones según el tipo de alimento y el producto final que se obtiene (Cuadro 1).

 En el caso de la esferificación básica, el motivo por el cual no se puede utilizar un producto ácido es que a pH inferior a 5 el alginato es inestable y al medio ácido al entrar en contacto con el alginato de sodio forma ácido algínico por lo que no se daría la gelificación ni la formación de la membrana de alginato de calcio. En el caso de los productos lácteos sucede que se descontrola la reacción ya que estos por contener calcio, gelifican en el instante que pone en contacto con el alginato, por lo que no se formaría la esfera (Aguirre, 2016). 

MECANISMOS DE GELIFICACIÓN 

El proceso de formación del gel se inicia a partir de una solución de sal de alginato y una fuente de calcio externa o interna desde donde el ion calcio se difunde hasta alcanzar la cadena polimérica. Como consecuencia de esta unión se produce un reordenamiento estructural en el espacio resultando en un material sólido con características de gel.

La transición sol-gel se ve esencialmente controlada por la habilidad de introducir el ion vinculante entre las moléculas de alginato. También se ha observado que la cinética de gelificación y las propiedades del gel pueden depender del tipo de contraión. De hecho, se ha encontrado que los alginatos de potasio presentan un proceso de transición sol-gel más rápido respecto a los alginatos de sodio preparados a bajas concentraciones de calcio, probablemente debido a la mayor afinidad del sodio respecto al alginato, comparada con la de potasio. Lupo, (2012) describió que la gelificación iónica se ha llevado a cabo fundamentalmente por dos mecanismos: la gelificación externa que ocurre al introducir la solución de alginato en otra con presencia de iones de calcio. Así se produce la difusión del ion calcio desde dicha solución externa hacia la solución de alginato, de pH neutro. La formación del gel se inicia en la interfase y avanza hacia el interior a medida que la superficie se encuentra saturada de iones calcio, de manera que el contraión proveniente de la sal de alginato es desplazado por el catión divalente solubilizado en agua. Éste interacciona con los bloques-G de diferentes moléculas poliméricas, enlazándolas entre sí. Aunque, la fuente de calcio más usada ha sido el CaCl2 debido a su mayor porcentaje de calcio disponible y bajo coste, existen otras sales empleadas con menor frecuencia tales como el acetato monohidratado y el lactato de calcio. La gelificación interna consiste en la liberación controlada del ion calcio desde una fuente interna de sal de calcio insoluble o parcialmente soluble dispersa previamente en la solución de alginato de sodio. La liberación del ion calcio puede ocurrir mediante dos mecanismos: si se tiene una sal de calcio insoluble a pH neutro pero soluble a pH ácido, se puede adicionar un ácido orgánico a una fase orgánica externa que está en contacto con la solución acuosa de alginato. De este modo, al difundirse los protones hasta la fase acuosa permiten la acidificación del medio, consiguiendo solubilizar los iones calcio. La principal diferencia entre el mecanismo de gelificación externa e interna es la procedencia de la fuente calcio. Si lo que se pretende es el control de la transición solgel, en el proceso de gelificación externa los factores a manipular son la concentración de calcio y composición del polímero, mientras que para el proceso de gelificación interna se deben considerar la solubilidad y concentración de la sal de calcio, concentración del agente secuestrante y del ácido orgánico empleado. 2.3 Técnicas de encapsulación con alginato Lupo (2012), menciona que la encapsulación puede realizarse por diferentes técnicas, para seleccionar la adecuada es necesario conocer las propiedades fisicoquímicas del material soporte y la aplicación final deseada con el objeto de asegurar la biodisponibilidad de los compuestos, su funcionalidad e incluso su fácil incorporación en los alimentos sin la alteración de sus propiedades sensoriales. Al emplear el alginato 8 como matriz polimérica, las técnicas de encapsulación en aplicaciones alimentarias se reducen a: emulsión, extrusión y secado por atomización. 2.3.1 Encapsulación en emulsión Consiste en la dispersión de un líquido en otro líquido inmiscible donde la fase dispersa contiene la solución de alginato que formará la matriz polimérica, así como el componente a encapsular. Permite la preparación de microcápsulas empleando dos mecanismos gelificación externa y gelificación interna. La gelificación externa en emulsión consiste en la dispersión de una solución acuosa de alginato componente activo a encapsular en una fase continua no acuosa, seguida de la adición de una fuente de calcio que al difundirse a la fase dispersa inicie la gelificación permitiendo la encapsulación, la emulsión se desestabiliza para la separación de las cápsulas formadas. En la gelificación interna la fuente de calcio se encuentra en la misma fase dispersa, pero en forma de sal o complejo insoluble o parcialmente soluble en cuyo caso se adiciona un agente secuestrante. La liberación del ion calcio ocurre con la adición de un ácido orgánico soluble en la fase continua que al difundirse hacia la fase dispersa disminuye el pH del medio solubilizando la sal de calcio y produciendo la gelificación (Lupo, 2012). 2.3.2 Encapsulación por extrusión Consiste en la formación de gotas de la solución de alginato que contiene el componente a encapsular al hacer pasar dicha solución por un dispositivo extrusor de tamaño y velocidad de goteo controlado. Las gotas caen sobre un baño que contiene la fuente del ion divalente, quien induce la gelificación mediante el mecanismo de gelificación externa. Una de las limitaciones de esta técnica es el gran tamaño de las esferas comparado con el obtenido por emulsificación, la dificultad de producción a gran escala debido a que la formación de las esferas se logra una a una o de pocas en pocas lo cual trae como consecuencia largos tiempos de gelificación. Algunos aspectos que influyen en la forma esférica y su tamaño son la distancia de separación de la boquilla al baño, el efecto de la gravedad y la tensión superficial que induce la gelificación. Esta es una de las técnicas empleada tradicionalmente al permitir la producción con tamaños uniformes, empleando desde una simple jeringa hasta dispositivos extrusores más sofisticados (Lupo, 2012). 

FORMA DE PREPARACIÓN 

La elaboración de la esferificación consiste en disolver alginato de sodio en el zumo que se desea preparar, por una parte, mientras se elabora una disolución de cloruro de calcio en agua, por otra y se vierte el alginato sobre la solución de calcio. Los alginatos forman un complejo insoluble con el calcio, a manera de una malla semirrígida constituida por 9 enlaces químicos, en el cual, los iones calcio se sitúan como puentes entre los grupos carboxilo del ácido gulurónico del alginato, obteniéndose geles estables en el tiempo y resistentes a la temperatura. Durante la gelificación se generan esferas de diferentes tamaños constituidas por una membrana gelatinosa en la parte externa que encierra en su interior el mismo producto, pero en estado líquido.

 

Objetivo

Elaborar una botella comestible mediante la reacción de esferificación  entre el alignato y lactato de sodio para generar una membrana que cumple dos funciones encapsular el agua y servir como alimento

Justificación

A nosotras nos interesó el tema porque hemos visto muchas botellas de plástico que son desechadas y contaminan nuestro planeta. Por eso nos surgió la idea de poder crear una botella comestible que no contamine el medio ambiente.

Hipótesis

Si la reacción de esfericación entre el alignato de sodio y el lactato de calcio conduce a la formación de esferas o membranas comestibles entonces estas pueden ser empleadas como botellas para transportar y/o contener agua y así dejar de contaminar el medio ambiente.

Método (materiales y procedimiento)

Para la realización de este proyecto llevaremos acabo la siguiente metodología:

Se realizó una investigación documental en la biblioteca para buscar información de nuestro proyecto, se llevó a cabo una investigación de campo y         experimental en donde ocupamos los siguientes materiales y procedimiento.

Materiales:

  1. Una taza
  2. Una batidora
  3. Un bowl
  4. Una cuchara
  5. Un cronometro

Ingredientes:

  1. Alignato de sodio (1 gramo)
  2. Lactato de calcio (5 gramos)
  3. Agua potable (1 taza)
  4. Jugo de frutas (4 tazas)

Procedimiento:

  1. Se pone un gramo de alignato de sodio en una taza de agua potable. Con ayuda de una batidora formar combinar de forma homogénea. La mezcla se deja reposar por 15 minutos.
  2. En otro recipiente que contiene 4 tazas de jugo de frutas se le agregan 5 gramos de lactato de calcio y se integran.
  3. Añadir la primera mezcla en cucharadas a la segunda. Muy pronto se ven las esferas al entrar en contacto las sustancias; se bate con mucho cuidado por 3 minutos (tiempo en el cual la membrana se forma).
  4. Por último, se estabiliza la reacción retirándolas del recipiente y colocandolas en agua.

Galería Método

Resultados

Las imágenes, que se observan a continuación, muestran que la formación de esferas o botellas de agua comestibles ocurrió cuando una cucharada de alginato de sodio fue vaciada en el recipiente que contenía la solución de lactato de sodio.

 

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Para disminuir la contaminación del medio ambiente con botellas de plástico o PET se propuso la fabricación de botellas  comestibles. 

De acuerdo con lo revisado en la literatura, se encontró que,  la reacción entre el alginato de sodio y el lactato de calcio promueve la formación de esferas y/o membranas; y en efecto como lo muestran los resultados, esto se logró, pues además de favorecer la esferificación se pudo comprobar que dichas botellas son: comestibles, pueden contener  agua, servir como medios de transporte y por tanto, son una solución que impide seguir añadiendo al agua o al suelo contaminantes que alteran su composición natural.

 

Bibliografía

  1. http://repositorio.uaaan.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/123456789/42109/K%2064607%20ISAMAR%20ALEJANDRA%20MORALES%20IBARRA.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  2. https://www.ecointeligencia.com/2013/09/contaminacion-plastico-fronteras/
  3. https://www.lavanguardia.com/vida/20170503/422255074937/burbujas-agua-acabar-botellas-plastico.html
  4. López de Lacey, A.M. 2012. Diseño, desarrollo y aplicación de envases comestibles potencialmente bioactivos, (Tesis Doctoral). Universidad Complutense de Madrid. Recuperado de: https://eprints.ucm.es/17857/1/T34125.pdf

 

 

 

  1. http://repositorio.uaaan.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/123456789/42109/K%2064607%20ISAMAR%20ALEJANDRA%20MORALES%20IBARRA.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  2. https://www.ecointeligencia.com/2013/09/contaminacion-plastico-fronteras/
  3. https://www.lavanguardia.com/vida/20170503/422255074937/burbujas-agua-acabar-botellas-plastico.html
  4. López de Lacey, A.M. 2012. Diseño, desarrollo y aplicación de envases comestibles potencialmente bioactivos, (Tesis Doctoral). Universidad Complutense de Madrid. Recuperado de: https://eprints.ucm.es/17857/1/T34125.pdf

 

Summary

In order to avoid the continuous incorporation of physical contaminants, such as plastic bottles, that alter the composition not only of the water but also of the soil, we set out to elaborate by means of a reaction of spherification (between sodium allinate and calcium lactate), edible water bottles. These bottles as we could see in the results are membranes that have a double function: they can contain water and eat at the same time.

Research Question

How to make edible bottles?

Problem approach

The overflowing production of containers for water, soft drinks and all kinds of liquids is, therefore, becoming a very serious environmental problem. In addition, for a bottle of one liter of water to be produced, there are wasted three, and only one out of five plastic bottles are recycled and the rest take more than 500 years to decompose.

According to some studies, it is estimated that by 2050 there will be more plastic polluting the oceans than fish living in it.

 

Background

Packaging plays a key role in the food industry as it performs important functions such as “contain, protect, handle, distribute and present goods, from raw materials to finished articles, and from the manufacturer to the user or consumer” (Directive 94/62/EC of the European Parliament and of the Council). Among these functions, the protective action of the containers stands out, since they contribute to the delay of deterioration, increase the shelf life and maintain the quality and safety of the packaged foods.

Containers protect food and beverages from a range of external environmental agents such as heat, light, moisture, oxygen, pressure, enzymes, undesirable odours, micro-organisms, insects, dirt and dust particles or gas emissions, among others (Restuccia et al., 2010) which are detrimental to their quality or safety. On the other hand, from a commercial point of view, packaging is used to identify a particular product, and also to provide important information such as weight, ingredients or nutritional value (Restuccia et al., 2010).

The most commonly used materials for food and beverage packaging are synthetic plastics, which are currently classified into seven categories (Table 1). These synthetic polymers are used for the many advantages they have, such as being chemically inert, lightweight, resistant, comfortable and hygienic, and for their versatility in shape, size, etc. (García-Díaz and Macías-Matos, 2008). However, since they are synthetic, non-biodegradable and petroleum-derived compounds, their use poses serious ecological problems mainly due to the environmental pollution they cause, both for its manufacture and incineration and for its contribution to the generation and accumulation of waste.

 On the other hand, these synthetic polymers can carry toxic or undesirable substances such as monomers, plasticisers, synthetic antioxidants, additives, etc. present in their own composition and which can migrate to the food they wrap (Nerín de la Puerta, 2009)

In addition to the above, there are other problems associated with the use of oil as a raw material, such as the decline in oil reserves and its high price. Therefore, there is both political and social interest in finding new materials from renewable, less polluting or easily recycled sources for packaging food. To this end, numerous studies have been carried out in recent years with a view to developing new biodegradable materials, such as some biopolymers, since these have little or no environmental impact.

Table 1. Petroleum-derived plastics used in food packaging

 (Adapted from Arrieta, Garrigós Selva, Jiménez Migallón and Peltzer, 2011) 

Type Material Abbreviation Applications 

1 Polyethylene terephthalate PET Bottles 

2 Polyethylene high density PEAD Bottles, Trays 

3 Polyvinyl chloride PVC Flexible films 

4 Low density polyethylene PEBD Films, bags 

5 Polypropylene PP Flexible films 

6 Polystyrene PS Trays, jar 

7 Other Polycarbonates, resins, epoxy, etc.

EDIBLE BIODEGRADABLE PACKAGING: FILMS AND COATINGS.

The materials commonly used for the production of biodegradable containers for food use come from renewable sources and are characterised by being capable of forming films with properties (mechanical, barrier and light transmission) similar to conventional plastics, but with a high biodegradability capacity. Many of these materials have the added advantage of being edible in contrast to conventional plastics. For the latter reason, biodegradable materials, such as some biopolymers, have been studied extensively in recent years, because of their possible application in the development and design of edible packaging, as an additional way of protecting food.

Two types of edible packaging appear in the literature: coatings and films (referred to in English as coating and film, respectively), which differ mainly in the way they are applied to the surface of the food, but which have the common goal of extending the shelf-life of the product they are coating (Rojas-Graü, 2007; Pavlath and Orts, 2009) and which are in direct contact with the food and are frequently consumed together.

An edible coating or coating is defined as a thin layer of edible material formed as a coating on the food while a film Edible is a preformed thin layer made from edible material which, once prepared, can be disposed on or between the food components (Krochta and De Mulder-Johnston, 1997). In general it can be said that the coatings are applied in liquid form to the food, usually by immersion of the product in the solution with filmogenic capacity, while films made as solid sheets are then applied to the food as a wrapper (Mchugh and Senesi, 2000).

Plastic waste is causing a global crisis. The World Health Organization and UNEP have jointly declared that endocrine disruption (one of the effects of plastic) is a global crisis. An international group of scientists has called for governments to declare plastic as hazardous waste. Plastic is a material that the Planet cannot digest, it takes hundreds of years to decompose in the environment, up to 1,000 years depending on the type of plastic. Massively using such a durable material for disposable objects is a mistake with catastrophic consequences at the global level. Plastics that come into contact with food poison human beings.Some of the toxic additives in plastic, such as the potent endocrine disrupter bisphenol A, contaminate the blood of more than 90 per cent of the population, including newborn children.

Plastic in the environment is fragmented into increasingly tiny pieces that attract and accumulate toxic substances. These fragments already contaminate all the seas and coasts of the planet and are present in virtually all ecosystems. Plastic fragments are ingested by animals, even by microscopic beings like plankton, contaminating the food chain on which we depend. Recycling plastics is NOT a sustainable solution. The vast majority of the plastic waste collected for recycling is actually exported to poor countries, incinerated, converted into non-recyclable objects, or dumped directly into landfill. The real solution is to refuse the plastic to use and throw away.

Plastic pollution is not just a problem of waste management, but of poor design, of lack of sustainable design. The solution is to put an end to our addition to the plastics to use and throw away. The so-called recycling of plastics does not work, and so-called ecological plastics create as many problems as they solve. 

In the face of this problem, what can we do?

Reduce consumption of plastic. 

Improve recycling management, both on an industrial and individual level.

 Manage our daily use of plastic.

 Join initiatives like Agüita with plastic or Clean Ocean Project.

 In short, adopt a sustainable lifestyle compatible with our Planet.

 If you’ve come this far, I’m sure you care and care about the issue and want to take action! 

You can go deeper, reading these articles of ecointelligence: 

Do you know how much plastic is in our seas and oceans? 

The New Continent of ocean plastics 

We have a future in which there will be more plastic than fish in the seas 

Data on the consequences of plastic contamination that will not leave you indifferent

The end of the plastic bottles could be getting closer. On our planet, no less than 1.9 million plastic bottles are consumed every day, and in the United States alone, 50 billion are sold every year. To produce that amount, it takes 17 million barrels of oil, or the same thing, the crude oil used by a million cars during that same time.

Aware of the problem, three researchers from the London-based Skipping Rocks Lab believe they have found the solution: the edible containers. They have created the Ooho water bubbles! a spherical packaging made from algae, chlorine and calcium. This round invention contains 50 milliliters of water and can be eaten or used for composting as it is biodegradable. Its aim is to “provide the comfort of water bottles while limiting environmental impact”, say designers Rodrigo García González, Guillaume Couche and Pierre Paslier.

Its use is both easy and entertaining: a hole is made in the surface and the liquid is sipped from the inside at once. It is for this reason that it contains only 50 milliliters, the ideal volume to quench thirst without filling too much. Then one must choose between eating the container or throwing it away without having a bad conscience, because in a matter of weeks it will have broken down. If you choose the first option, the user should know that the membrane has no flavor, although Rodrigo García says that “if you want, you could add the taste you want”. “Creating these pellets consumes nine times less energy and five times less carbon dioxide than the production of normal plastic bottles,” said the founders. In addition, they add, “they are suitable for all types of liquids, whether soft drinks or even alcoholic drinks 

Its production process is based on the high cooking technique of spherification. “To form the membrane, an ice ball must be dipped in calcium chloride and brown algal extract. This layer is maintained with a gelatinous texture once the frozen water becomes liquid, “they say.

SPHERIFICATION

In the gastronomy a new tendency has emerged to prepare food in a more eye-catching way for the consumer, something innovative that with its appearance attracts the attention of the consumer and can be perceived with the 5 senses. This trend has a name and is known as molecular gastronomy from which different techniques arise; where classical methodologies have been modified through the application of new technologies. They began to combine science with cooking where scientists began to delve into culinary matters. We are currently at a time when levels of competitiveness are increasing. Science and technology are advancing rapidly to achieve improvements in the quality of life of human beings in all fields. Fortunately, the world of gastronomy is not far behind.Using all the scientific-technical advances and their applications in the kitchen, we can see how new cooking techniques are beginning to be developed (Escandell, 2015). Spherification is a technique in which you can encapsulate different foods, it is one of the most viable ways that you can be in charge of offering fresh food and with a rich nutritional contribution, protecting the sensory characteristics of food and competing equally with the most industrialised foods. This technique is based on the controlled gelification of a liquid that, when immersed in a bath of calcium chloride, forms spheres, forming a semi-rigid mesh formed by chemical bonds responsible for that a liquid takes consistency and forms spheres, forming a semi-rigid mesh formed by chemical bonds responsible for a liquid to take on consistency and form perfect spheres (Ramírez et al., 2014).

Imeson (2010) highlights the prebiotic effect of low molecular weight alginates, the benefits of their intake as daily fiber for the reduction of blood sugar and cholesterol levels, as well as the ability to prolong shelf life in products. Viscosity is the main characteristic of alginate solutions and, together with its reactivity to polyvalent cations, it is the one that generates characteristics such as thickener, stabilizer and gelling.

The spherifications in itself are classified depending on the food to be processed and the product to be obtained this technique is classified in basic spherification, reverse spherification and encapsulation. The following table shows the classification of spherifications according to the type of food and the final product obtained (Table 1).

In the case of basic spherification, the reason why an acidic product cannot be used is that at pH below 5 alginate is unstable and the acid medium when it comes into contact with sodium alginate forms alginic acid and therefore there would be no gelling or formation of the alginate membrane calcium. In the case of dairy products it happens that the reaction is uncontrolled because they contain calcium, gelify in the instant that it puts in contact with the alginate, so the sphere would not form (Aguirre, 2016).

GELLING MECHANISMS 

The gel formation process is initiated from a solution of alginate salt and a source of external or internal calcium from where the calcium ion spreads to reach the polymer chain. As a consequence of this union, a structural rearrangement in the space results in a solid material with gel characteristics.

The sun-gel transition is essentially controlled by the ability to introduce the binding ion between alginate molecules. It has also been observed that gelling kinetics and gel properties may depend on the type of contrain. In fact, potassium alginates have been found to have a faster sun-gel transition process relative to sodium alginates prepared at low calcium concentrations, probably due to the increased affinity of sodium to alginate, compared to the potassium one. Lupo (2012) described that ionic gelification has been carried out mainly by two mechanisms: the external gelification that occurs when the alginate solution is introduced into another one with the presence of calcium ions. Thus, the calcium ion is diffused from the outer solution to the neutral pH alginate solution. The gel formation begins at the interface and moves inward as the surface is saturated with calcium ions, so that the contraction from alginate salt is displaced by the divalent cation solubilized in water. It interacts with G-blocks of different polymer molecules, linking them together.

Although the most used source of calcium has been Cacl2 due to its higher percentage of calcium available and low cost, there are other salts used less frequently such as acetate monohydrate and calcium lactate. Internal gelling consists of the controlled release of calcium ion from an internal source of insoluble or partially soluble calcium salt previously dispersed in the sodium alginate solution. The release of calcium ion can occur through two mechanisms: if you have a calcium salt insoluble at pH neutral but soluble at pH acid, you can add an organic acid to an external organic phase that is in contact with the aqueous alginate solution. In this way, the diffusion of protons to the aqueous phase allows the acidification of the medium, making calcium ions solubilize. The main difference between the external and internal gelling mechanism is the origin of the calcium source. If it is intended to control the solgel transition, in the process of external gelification the factors to be manipulated are the concentration of calcium and composition of the polymer, whereas for the internal gelling process the solubility and concentration of calcium salt, the concentration of the sequestering agent and the organic acid used should be considered. 2.3 Lupo alginate encapsulation techniques (2012), mentions that the encapsulation can be done by different techniques, to select the appropriate one it is necessary to know the physico-chemical properties of the support material and the desired final application in order to ensure the bioavailability of the compounds, its functionality and even its easy incorporation into food without altering its sensory properties. By using alginate 8 as a polymer matrix, encapsulation techniques in food applications are reduced to: emulsion, extrusion and spray drying. 2.3.1 Encapsulation in emulsion It consists of the dispersion of a liquid into another immiscible liquid where the dispersed phase contains the alginate solution that will form the polymer matrix, as well as the component to be encapsulated. It allows the preparation of microcapsules using two mechanisms external gelification and internal gelification. External gelling in emulsion consists of the dispersion of an aqueous solution of active component alginate to be encapsulated in a continuous non-aqueous phase, followed by the addition of a source of calcium which when diffused to the dispersed phase initiates gelling allowing encapsulation, the emulsion is destabilized for the separation of the formed capsules.In internal gelification the source of calcium is in the same dispersed phase, but in the form of salt or insoluble or partially soluble complex in which case a sequestering agent is added. The release of the calcium ion occurs with the addition of an organic acid soluble in the continuous phase that when diffused towards the dispersed phase decreases the pH of the medium solubilizing the calcium salt and producing gelification (Lupo, 2012). 2.3.2 Extrusion encapsulation This consists of the formation of drops from the alginate solution containing the component to be encapsulated by passing said solution through an extruder device of a controlled size and drip rate. The drops fall on a bath containing the source of the divalent ion, which induces gelification by means of the external gelification mechanism. One of the limitations of this technique is the large size of the spheres compared to the one obtained by emulsification, the difficulty of large-scale production due to the fact that the formation of the spheres is achieved one by one or a few in a few which results in long gelling times. Some aspects that influence the spherical shape and its size are the separation distance from the nozzle to the bath, the effect of gravity and the surface tension that induces gelification. This is one of the techniques traditionally used to allow production with uniform sizes, using from a simple syringe to extruder devices (Lupo, 2012).

PREPARATION METHOD 

The manufacture of spherification consists of dissolving sodium alginate in the juice to be prepared, on the one hand, while a solution of calcium chloride is made in water, on the other hand, and the alginate is poured over the calcium solution. The alginates form a complex insoluble with calcium, like a semi-rigid mesh formed by 9 chemical bonds, in which the calcium ions are placed as bridges between the carboxyl groups of the guluronic acid of the alginate, Gels are stable over time and resistant to temperature. During gelling, spheres of different sizes formed by a gelatinous membrane are generated in the outer part that encloses the same product, but in a liquid state.

BIBLIOGRAPHY

  1. http://repositorio.uaaan.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/123456789/42109/K%2064607%20ISAMAR%20ALEJANDRA%20MORALES%20IBARRA.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  2. https://www.ecointeligencia.com/2013/09/contaminacion-plastico-fronteras/
  3. https://www.lavanguardia.com/vida/20170503/422255074937/burbujas-agua-acabar-botellas-plastico.html
  4. López de Lacey, A.M. 2012. Diseño, desarrollo y aplicación de envases comestibles potencialmente bioactivos, (Tesis Doctoral). Universidad Complutense de Madrid. Recuperado de: https://eprints.ucm.es/17857/1/T34125.pdf

Objective

To produce an edible bottle by means of the esterification reaction between alginate and sodium lactate to generate a membrane that fulfills two functions: encapsulate the water and serve as food.

 

Justification

We were interested because we have seen many plastic bottles that are discarded and contaminate our planet. That is why we propose the idea of creating an edible bottle that does not pollute the environment.

 

Hypothesis

The spherical reaction between sodium alginate and calcium lactate will lead to the formation of edible spheres or membranes, which can be used as bottles to transport and/or contain water and thus no longer contaminate the environment.

 

Method (materials and procedure)

Materials: 1.0 g sodium alginate

 5.0 g sodium lactate 

1.0 L drinking water 

1 cup 

1 whisk 

2 bowl 

1 spoon 

1 stopwatch

 

Procedure: 

  1. Weigh and place 1.0 gram of sodium alginate in a cup of drinking water. Using a whisk, homogenize the mixture and let it stand for 15 minutes (this preparation is mixture 1).
  2. In another bowl put 4 cups of drinking water and add 5.0 g of sodium lactate. Mix and homogenize (this preparation is mixture 2). 
  3. Pour mixture 1 into mixture 2 into tablespoons and observe the formation of spheres. Gently beat for three minutes to allow the formation of the membrane and once the time has elapsed stabilize the spheres by placing them in a container of drinking water.

Results

The images below show that the formation of edible spheres or bottles of water occurred when one tablespoon of sodium alginate was emptied into the container containing the sodium lactate solution.

 

Discussion

Conclusions

In order to reduce environmental pollution with plastic or PET bottles, we propose the production of edible bottles. According to the literature review, it was found that, the reaction between sodium alginate and calcium lactate promotes the formation of spheres and/or membranes; and actually as the results show, this was achieved. In addition to favouring spherification it was possible to verify that these bottles are edible, can contain water, serve as means of transport and therefore, are a solution that prevents the further addition of pollutants to water or soil that alter its natural composition.

 

Bibliography

 

  1. http://repositorio.uaaan.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/123456789/42109/K%2064607%20ISAMAR%20ALEJANDRA%20MORALES%20IBARRA.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  2. https://www.ecointeligencia.com/2013/09/contaminacion-plastico-fronteras/
  3. https://www.lavanguardia.com/vida/20170503/422255074937/burbujas-agua-acabar-botellas-plastico.html
  4. López de Lacey, A.M. 2012. Diseño, desarrollo y aplicación de envases comestibles potencialmente bioactivos, (Tesis Doctoral). Universidad Complutense de Madrid. Recuperado de: https://eprints.ucm.es/17857/1/T34125.pdf