The development of novel biobased materials with tailored properties for food biopackaging applications is a topic of significant interest within academic and industrial laboratories. The current PhD thesis deals with the development and characterization of novel biocomposites and nanobiocomposites of biopolyesters, polysaccharides and proteins containing different micro and nanoadditives. The main aim of the work was to provide novel solutions, making use to the extent possible of natural additives, to enhance the gas and vapour barrier properties of the various biopolymers while retaining the good properties of the matrix and even adding novel functionalities such as antimicrobial character. The transport of low molecular weitght compounds through polymeric materials, i.e. the so-called barrier properties, is known to be a significant limiting factor for the widespread application of biopolymers in packaging, coating and membrane applications. To that end, different micro and nanobiocomposites were formulated which contained as reinforcing elements food contact complying nanoclays, amylopectin, natural extracts, carbon nanofibers and nanotubes, cellulose microfibers and cellulose nanowhiskers. From the work novel biocomposites were developed which exhibited enhanced gas, vapour and UV light barrier and which simultaneously were able to provide controlled release of natural antimicrobials. These new property balanced composites can have significant potential in the design of novel biopackaging and biocoating materials. / Sánchez García, MD. (2011). Development and characterization of novel nanobiocomposites containing various nanofillers to improve barrier and other physical properties of interest in food packaging and coating applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10361

Memoria para optar al título de Ingeniero en Alimentos / Uno de los importantes requisitos en la selección de un envase para alimentos, son las propiedades de barrera que presente, ya que estas determinan la calidad y vida útil del producto envasado. Si bien los aromas no contribuyen en las características nutricionales de un alimento, poseen un fuerte impacto en la calidad sensorial del mismo. Por lo general, la permeabilidad de compuestos desde el medio exterior al interior del envase, se basa en la determinación de O2, CO2, H2O. Sin embargo, es razonable pensar que otras moléculas, como el naftaleno, que forman parte de plaguicidas, insecticidas, pinturas, humos de combustión, entre otros, podrían permear a través del los films plásticos de uso generalizado en el envasado de alimentos. El objetivo de este estudio fue determinar la permeabilidad del contaminante ambiental naftaleno a temperaturas similares a las alcanzadas en un periodo de almacenamiento (25º C, 40º C y 60º C) a temperatura ambiente. La permeabilidad al naftaleno a través de matrices poliméricas utilizadas en contacto directo con alimentos, polietileno de baja densidad (LDPE), poliamida biorientada laminada con polietileno (PE/ BOPA6), polipropileno orientado (OPP) y film multicapa (PE/PA/EVOH/PA/PE), fue analizada a través del método de permeabilidad en celda cuasi-isostático acoplado a cromatografía de gases. Los resultados muestran que las poliolefinas (PE y OPP) presentan alta permeabilidad al naftaleno, alcanzado el estado de equilibrio con el medio saturado en al rededor de 2,5 h de exposición. Los otros films presentaron baja permeabilidad al naftaleno, atribuyéndose a la presencia de poliamida el efecto barrera, por ser considerada un polímero altamente selectivo. Finalmente, se comprobó que no existe una correlación entre los coeficientes de permeabilidad al oxígeno y al naftaleno. / Barrier properties of packaging materials are closely related to the shelf-life of food, therefore, they must be considered for food packaging design. Although aroma compounds do not contribute to nutritional facts of foodstuffs, they are highly involved in the food quality. In the most of cases O2, CO2 and water vapor permeability in plastic structure has been studied and determined. Nevertheless, hazardous molecules as naphthalene, from insecticides, paints and/or smoke, could permeate through the packaging materials contaminating the food. The aim of the present study was to determine the naphthalene permeability of different plastic structure at different temperature (25, 40 and 60º C). The studied materials were: low-density polyethylene (LDPE), oriented polypropylene (OPP), bioriented polyamide laminated with plyethylene (BOPA//PE), EVOH co-extruded between polyethylene without adhesive (PE/EVOH/PE) and co-extruded multilayer film (PE/PA/EVOH/PA/PE). Naphthalene permeability determination was carried out with a quasi-isostatic cell coupled wit a gas chromatograph. Polyolefins (PE and OPP) shows high permeability values of naphthalene permeability, reaching the equilibrium with the saturated medium nearby to 2.5 h. The other plastic structures showed lower naphthalene permeability vales, probably due to the well-know selectivity of this material. Furthermore, a poor correlation was found between oxygen and naphthalene permeability coefficients. Therefore, oxygen permeability non-delivery information regarding the aroma permeability

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Químico / La cantidad de alimentos que se pierden por factores asociados al envasado y la creciente industria frutícola en Chile, han motivado una creciente investigación en el área de envasado activo. Es por ello que, en la presente memoria, se prepararon nanopartículas de grafeno oxidado (GO) con diferente exfoliación, GO sin sonicar, GO sonicado y GO sonicado de alta oxidación, para ser utilizados como relleno en nanocompósitos de polietileno lineal de baja densidad, como potenciales envases activos. El objetivo fue estudiar el efecto de la incorporación de diferentes concentraciones de estas nanopartículas en las propiedades de barrera, mecánicas, térmicas, y antimicrobiales. En las propiedades de barrera al oxígeno, el GO sonicado y el GO de alta oxidación tuvieron efectos positivos en la permeabilidad, disminuyéndola hasta en un 25% para los dos tipos, y aumentándola para el GO sin sonicado. Lo primero se debió al aumento en la tortuosidad, que disminuye la difusión del gas en el del material, y lo segundo a la formación de volúmenes libres. La permeabilidad al vapor de agua de los nanocompósitos presentó mejoras, con una reducción del 28% para el GO sonicado y GO de alta oxidación. Esto fue debido a la tortuosidad generada por el GO, que en parte fue anulada por el carácter hidrofílico del GO, que aumentó la solubilidad de la matriz al agua. El ángulo de contacto de las muestras preparadas no mostró diferencias significativas respecto al blanco, debido al poco impacto superficial del GO. Las propiedades mecánicas también se vieron beneficiadas con la adición de GO, logrando un aumento de hasta un 20% en las muestras con GO sonicado y de alta oxidación con una concentración de 5%, sin disminuir la elongación a la rotura. Esto se debió al grado de dispersión de los GO con mayor exfoliación, que restringió el movimiento de las cadenas poliméricas. La resistencia térmica de los nanocompósitos tuvo leves mejorías debido a la presencia del GO. Sin embargo, estas mejoras no estuvieron relacionadas con el nivel de exfoliación del GO, ya que todas las muestras tuvieron una resistencia en promedio 10 [°C] mayor a la muestra blanca. Las muestras mostraron actividad antimicrobial debido a su capacidad de aplastar y oxidar las células, pero sin mostrar tendencia entre los GO. Como conclusión general se tuvo que el GO mejora las propiedades del polietileno de baja densidad lineal como para poder ser utilizado en envasado de alimentos, siempre y cuando se encuentre exfoliado, oxidado y bien disperso en la matriz polimérica, siendo capaz de presentar mejoras en propiedades de barrera, mecánicas, térmicas y antimicrobiales.

Este proyecto se gesta en la necesidad de fortalecer y complementar áreas inherentes a nuestra disciplina. El eje del proyecto es el Diseño de Envases y Embalajes en su aspecto gráfico, pero en su desarrollo a dado alcance a diversas disciplinas como son el diseño industrial, el marketing y el diseño tipográfico.