Este documento describe la ciencia detrás de los envases alimenticios para preservar la calidad de los alimentos. Explica que los envases deben ser seguros, amigables con el medio ambiente y preservar bien los alimentos. Describe que usan materiales como acero, cromo y polímeros como PET en capas delgadas. Explica que la adherencia y permeabilidad entre las capas es clave para prevenir la degradación. Concluye que los envases son materiales complejos que requieren rigurosos controles de calidad y caracterización a

1. La Ciencia detrás de un Envase Alimenticio para Asegurar y Preservar
la Calidad de los Alimentos
Universidad Austral de Chile Ernesto Zumelzu,1 Carlos Cabezas,2 Ricardo Ugarte,2 Carolina Angulo3
Conocimiento y Naturaleza
1
Instituto Instituto de Materiales y Procesos Termomecánicos, Facultad de Ciencias de la Ingeniería
2
Instituto de Instituto de Química, Facultad de Ciencias
Universidad Austral de Chile
1. Objetivos Investigación 3. Metodología
Desarrollar y estudiar materiales avanzados aplicados como envases alimenticios, que sean seguros
para la salud humana, amigables ambientalmente, con propiedades superiores y comportamientos Evaluación del desempeño
multifuncionales, en que se relacionan estructura, propiedades y desempeño de los materiales, para
mercados altamente competitivos. Se utilizan muchas técnicas como ser: ensayos mecánicos, ultrasónicos, ensayos electroquímicos,
ensayos de adherencia, de permeabilidad, análisis químicos, ensayos metalúrgicos y físicos.
Caracterización de
2. Materiales
sustratos los sustratos como el acero, cromados y polímeros, tanto a nivel de
Para caracterizar
Se utilizan materiales, en forma de sustratos metal-polímeros, altamente intensivos en conocimiento,
microestructura, superficie y atómico se utilizan técnicas de microscopia óptica, electrónica y de
con espesores que van de milímetros a nanómetros (millonésima de un milímetro), que combinan
fuerza atómica. Además, técnicas de análisis químico como espectroscopia vibracional, absorción
acero, recubrimientos de cromo y protegidos por polímeros polietileno teraftalato (PET). Con
atómica, espectroscopia fotoelectrónica y energía dispersiva de Rayos X, entre otras.
diferentes microestructuras amorfas, semicristalinas y cristalinas. Propiedades de adherencia,
permeabilidad, resistencia a la abrasión y a la corrosión.
Así los envases, preservan alimentos en medios agresivos, con durabilidad y sin contaminaciones.
La integración de las propiedades los hacen materiales multiescalas y multifuncionales, de calidad
mundial para exportación.
Principal capa del polímero 15 a 200 µm
Capa de adhesión del polímero 2 µm
Óxido/hidróxido de cromo 0.01 µm
Cromo metálico 0.01 µm
Sustrato de acero 140 a 400 µm
No a escala
Estructura de un envase con alta tecnología
Envase con fallas en barniz interior
Degradación sustrato de cromo por NaOH
Hinchamiento del orden de 150 nm (izq.
abajo) y del orden de 350 nm, esferulitas
4. Resultados y Discusión verde blanco (Microscopía Fuerza Atómica)
• Los envases no pueden utilizar protección de cromo VI para el acero, pues produce cáncer.
• La adherencia entre el acero y el cromado IV protector es de tipo químico-físico.
• La adherencia entre el cromado y el polímero superficial PET es química por uniones acido-base.
• El factor clave para prevenir la degradación o corrosión de los envases(filtraciones, manchas,
deformaciones, etc.) es la calidad superficial del polímero, debiendo controlarse la existencia de
poros.
• Ambientes agresivos en las conservas son el ácido acético y NaCl debiendo controlarse las
concentraciones.
• La energía de adhesión entre los sustratos cromado y polímero es del orden de 2 x 10 -3 J/m2
• La permeabilidad del PET (evitar transferencia de materia) al vapor de agua es variable, sobre
100 horas hay cambios en la estructura que pueden llevar a que el polímero se despolimerice
químicamente.
• Las vibraciones de los envases( en su transporte) pueden generar delaminaciones puntuales
entre los sustratos afectando la integridad y vida útil del envase.
• Las deformaciones sobre 20% del envase generan defectos en el acero que se traspasan al
Envases
cromado protector , induciendo desadherencias con el polímero, lo que limita la vida del envase.
• Si el cromado, de espesor nanométrico de 200 nm, no es continuo no hay adherencia con el
polímero PET y el envase se degrada internamente por corrosión.
• Con el control de los poros en el polímero y buena permeabilidad, el envase puede tener un
comportamiento óptimo y preservar los alimentos sin alterar sus características sensoriales. Muestra deformada al
Polímero es muy heterogéneo 20% mostrando
en su topografía y textura imagen 3d de bandas
molecular a nivel superficial con distorsión angular,
(Microscopia Fuerza Atómica) AFM, 1 µ x 250 nm.
Conformación mecánica de un envase
5. Conclusiones
Los envases son materiales complejos que requieren rigurosos controles de calidad en todos sus
sustratos para que su desempeño potencial ante productos agresivos sea el de preservar
correctamente los alimentos. Existencia de poros en el
polímero PET, que limita efecto Incremento de intensidad en región
Las propiedades y exigencias de funcionalidad de un envase están relacionadas con su estructura a barrera de acción alimentos en de vibraciones OH sugiere
nivel atómico, su morfología y características superficiales. Envase retención de agua. Ensanchamiento
en región v(C=O) sugiere oxidación
Lo importante es también usar materiales que puedan ser reciclables y no generen emisiones y aparición de grupos carbonilo.
dañinas a la atmósfera.
Al programa FONDECYT Proyecto No. 1100386, CONICYT y a la Universidad Austral de Chile. ¡La Ciencia nos cambia la vida!