Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Agregado de valor a recursos naturales mediante su transformación en envases activos aplicando tecnologías escalables |
| Título alternativo: | Value addition to natural resources through their transformation into active packaging using scalable technologies |
| Autor: | Quintero Borregales, Lucía Marisol |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA)
|
| Fecha de defensa: | 10-12-2025 |
| Fecha en portada: | 2025 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Física |
| Director: | Famá, Lucía Mercedes |
| Director Asistente: | Goyanes, Silvia Nair |
| Consejero: | Capeluto, María Gabriela |
| Jurado: | Buera, María del Pilar; Mansilla, Marcela Ángela; Debandi, María Victoria |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | ALMIDON; NANOPARTICULAS DE OXIDO DE ZINC; EXTRUSION; ALCOHOL POLIVINILICO; EXTRACTO DE TE NEGRO; NANOPARTICULAS DE POLIFENOLES; ELECTROESTIRADO; MATERIAL BICAPASTARCH; ZINC OXIDE NANOPARTICLES; EXTRUSION; POLYVINYL ALCOHOL; BLACK TEA EXTRACT; POLYPHENOL NANOPARTICLES; ELECTROSPINNING; BILAYER MATERIAL |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7886_QuinteroBorregales |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7886_QuinteroBorregales.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7886_QuinteroBorregales |
| Ubicación: | FIS 007886 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Quintero Borregales, Lucía Marisol. (2025). Agregado de valor a recursos naturales mediante su transformación en envases activos aplicando tecnologías escalables. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7886_QuinteroBorregales |
Resumen:
El uso de envases plásticos para alimentos tiene graves implicaciones para el medio ambiente y la salud pública. La producción masiva de plásticos ha llevado a una alarmante acumulación de residuos en vertederos y ecosistemas, contaminando océanos y suelos. La degradación de muchos de estos materiales genera microplásticos, los cuales pueden ingresar a la cadena alimentaria y representar un riesgo para la salud humana y animal. Además, numerosos plásticos pueden liberan sustancias químicas perjudiciales que migran a los alimentos. Por otro lado, la degradación de los alimentos causada por factores microbiológicos y fisicoquímicos, resalta la necesidad de desarrollar materiales con propiedades activas que contribuyan a prolongar su vida útil. Teniendo en cuenta esto, las tendencias actuales en el desarrollo de materiales se orientan hacia el uso de envases amigables con el medio ambiente y funcionales, diseñados para minimizar el impacto ambiental y proporcionar protección al alimento. En particular, los envases activos pueden prolongar la vida útil de los alimentos a partir de su capacidad antimicrobiana y antioxidante. En este contexto, se promueve el desarrollo de materiales capaces de degradarse en condiciones específicas y la optimización de los procesos de fabricación para minimizar el uso de solventes orgánicos, reduciendo así su impacto ambiental. En el presente trabajo se desarrollaron, mediante técnicas escalables, materiales sostenibles a base de almidón de mandioca (biobasado y biodegradable) y alcohol polivinílico (PVA), provenientede fuente fósil pero biodegradable en un determinado ambiente. Los materiales a base de almidón fueron reforzados con nanopartículas de óxido de zinc recubiertas con el mismo almidón (NPS), con la finalidad de conferirles efecto antimicrobiano. Las mallas electroestiradas de PVA fueron enriquecidas con polifenoles provenientes de extractos té negro, para conferirles actividad antioxidante. La producción de estos materiales se realizó en cuatro etapas. En la primera, se sintetizaron nanopartículas de óxido de zinc recubiertas con el mismo almidón empleado en el material matriz (NPS), para mejorar su compatibilidad y lograr una distribución homogénea dentro de la matriz polimérica. La segunda etapa, consistió en desarrollar nanocompuestos a base de almidón de mandioca con diferentes concentraciones de NPS. Como parte fundamental de la caracterización de este material, se estudiaron las propiedades fisicoquímicas y se le realizaron análisis de actividad antimicrobiana y de la migración del activo. Además, se evaluó su desintegración en compost comercial a lo largo del tiempo. En una tercera etapa, se prepararon dos extractos de té negro, uno acuoso y otro hidroalcohólico, para obtener mallados de PVA con acción antioxidante electroestirando 4 sistemas precursores. Los sistemas consistieron en: a) una solución de PVA en agua, b-d) la generación de una dispersión de nanopartículas in situ por medio del método de desplazamiento de solvente, goteando un extracto hidroalcohólico sobre: b) una solución de PVA en agua, c) una solución de PVA en extracto acuoso y d) una solución de PVA en extracto acuoso y ácido cítrico. Los sistemas precursores c) y d) se llevaron a cabo con la finalidad de maximizar el contenido de polifenoles. En todos los casos, se analizó el contenido total de polifenoles y la actividad antioxidante. Además, se evaluó la cinética de liberación en simulantes de alimentos y se ajustó mediante la ley de difusión de Fick y los modelos de Korsmeyer-Peppas y Weibull, demostrando que los materiales estudiados mantienen la liberación en el tiempo. Finalmente, en la última etapa, se desarrolló un nanocompuesto bicapa, mediante el electroestirado de la dispersión precursora c) sobre una película de almidón de mandioca con NPS obtenido por extrusión, con el objetivo de lograr un material activo, antioxidante y antimicrobiano. El diseño planteado combinó las propiedades fisicoquímicas y funcionales de ambos materiales. Seanalizaron las interacciones entre las capas, evaluando aspectos como la adhesión y la posible migración de las nanopartículas de óxido de zinc de la capa a base de almidón hacia el mallado. Los materiales desarrollados mostraron propiedades prometedoras para su aplicación en envases activos, gracias a sus efectos antimicrobianos y antioxidantes, además de ser desintegrables en compost. Dichos resultados subrayan el potencial de los sistemas bicapa no solo como una alternativa sostenible en la industria del envasado, sino también como una estrategia para mejorar la conservación de alimentos, reduciendo tanto el impacto ambiental como el desperdicio alimentario.
Abstract:
The use of plastic food packaging has significant implications for both the environment and public health. The massive production of plastics has led to an alarming accumulation of waste in landfillsand ecosystems, polluting oceans and soils. The degradation of many of these materials generates microplastics, which can enter the food chain and pose a risk to human and animal health. Additionally, numerous plastics can release harmful chemicals that migrate into food. On the other hand, food degradation caused by microbiological and physicochemical factors highlights the need for materials with active properties that help extend shelf life. Considering this, current trends in material development are shifting toward environmentally friendly and functional packaging, designed to minimize environmental impact while providing food protection. In particular, active packaging can prolong shelf life through its antimicrobial and antioxidant properties. In this context, the development of materials capable of degrading under specific conditions and the optimization of manufacturing processes to minimize the use of organic solvents are being promoted to reduce environmental impact. In the present study, scalable techniques were employed to develop sustainable materials based on cassava starch (bio-based and biodegradable) and polyvinyl alcohol (PVA), which, despite its fossil-based origin, is biodegradable under specific conditions. Starch-based materials were reinforced with zinc oxide nanoparticles coated with the same starch (NPS) to confer antimicrobial properties. Additionally, electrospun PVA mats were enriched with polyphenols from black tea extracts to provide antioxidant activity. The production of these materials was carried out in four stages. In the first stage, zinc oxide nanoparticles coated with the same starch used in the matrix material (NPS) were synthesized to improve compatibility and ensure a homogeneous distribution within the polymeric matrix. The second stage involved the development of cassava starch-based nanocomposites containing different NPS concentrations. A comprehensive characterization of these materials was performed, including physicochemical properties, antimicrobial activity, and active migration analysis. Additionally, their degradation in commercial compost was evaluated over time. In the third stage, two black tea extracts (aqueous and ethanolic) were prepared to obtain antioxidant PVA mats through the electrospinning of four precursor systems. These systems consisted of: (a) a PVA solution in water, and (b-d) the generation of in situ nanoparticle dispersions via the solvent displacement method, by dripping an ethanolic extract onto: (b) a PVA solution in water, (c) a PVA solution in aqueous extract, and (d) a PVA solution in aqueous extract with citric acid. Precursor systems (c) and (d) were designed to maximize polyphenol content. For all cases, total polyphenol content and antioxidant activity were analyzed. Additionally, the release kinetics in food simulants were evaluated and fitted using Fick’s diffusion law, as well as Korsmeyer-Peppas’ and Weibull’s models, demonstrating that the studied materials ensure sustained release over time. Finally, in the last stage, a bilayer nanocomposite was developed by electrospinning precursor dispersion (c) onto an extruded cassava starch film containing NPS, aiming to obtain an active, antioxidant, and antimicrobial material. This design combined the physicochemical and functional properties of both materials. The interlayer interactions were analyzed, focusing on adhesion and the potential migration of zinc oxide nanoparticles from the starch-based layer into the electrospun mat. The developed materials exhibited promising properties for active packaging applications due to their antimicrobial and antioxidant effects, in addition to their compostability. These results underscore the potential of bilayer systems not only as a sustainable alternative for the packaging industry but also as a strategy to enhance food preservation while reducing both environmental impact and food waste.
Citación:
---------- APA ----------
Quintero Borregales, Lucía Marisol. (2025). Agregado de valor a recursos naturales mediante su transformación en envases activos aplicando tecnologías escalables. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7886_QuinteroBorregales
---------- CHICAGO ----------
Quintero Borregales, Lucía Marisol. "Agregado de valor a recursos naturales mediante su transformación en envases activos aplicando tecnologías escalables". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2025.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7886_QuinteroBorregales
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