Nanotecnología
y biopolímeros: Una alternativa sostenible para los empaques y embalajes
Nanotechnology
and biopolymers: A sustainable alternative for packaging
Rossy F. Huaman-Moran1;
Vilma Chávez-Huaycuche1; Crhistian O. Larrea-Cerna2;
David A. Callirgos-Romero3;
Daniel E. Alvarado Leon4
1 Escuela Profesional de Ingeniería en Industrias
Alimentarias, Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández
Morillo, Tayacaja, Perú.
*
Autor corresponsal: 72007627@unat.edu.pe (R. F. Huaman-Moran).
ORCID
de los autores:
R.
F. Huaman-Moran: http://orcid.org/0009-0003-1779-672X
V.
Chávez-Huaycuche: https://orcid.org/0009-0007-6868-9659
C.
O. Larrea Cerna: https://orcid.org/0009-0009-5402-7747 D.
A. Callirgos Romero: https://orcid.org/0009-0004-7428-4154
D.
E. Alvarado Leon: https://orcid.org/0000-0002-0806-0126
RESUMEN
La industria alimentaria enfrenta desafíos
para garantizar productos sabrosos, seguros y de alta calidad durante largos
períodos. Este estudio aborda el uso de nanotecnología y biopolímeros como
soluciones sostenibles para el embalaje de alimentos, en respuesta al problema
ambiental causado por los plásticos convencionales. La nanotecnología ofrece
envases con propiedades antimicrobianas y de barrera, extendiendo la vida útil
de los alimentos. Los biopolímeros, biodegradables y de fuentes renovables, son
una alternativa ecológica para el empaquetado. Mediante una Revisión
Sistemática de Literatura (RSL), se analiza la aplicabilidad de estas
tecnologías en la industria alimentaria, usando métodos como PICOC y análisis
bibliométrico para evaluar estudios relevantes. Los hallazgos destacan avances
en seguridad y propiedades mecánicas de estos nuevos materiales, pero también
señalan desafíos en su implementación a gran escala, incluyendo preocupaciones
sobre seguridad y aceptación del consumidor. Se subraya la necesidad de más
investigaciones para evaluar la viabilidad industrial y el impacto en la
seguridad alimentaria, así como en aspectos económicos y de sostenibilidad a
largo plazo. Este enfoque integral busca fomentar el uso de tecnologías
sostenibles en el envasado de alimentos, contribuyendo a reducir residuos
plásticos y proteger el medio ambiente.
Palabras
clave:
nanotecnología;
biopolímeros; seguridad alimentaria; envases y embalajes.
ABSTRACT
The food industry faces challenges in ensuring
tasty, safe and high-quality products over long periods. This study addresses
the use of nanotechnology and biopolymers as sustainable solutions for food
packaging in response to the environmental problem caused by conventional
plastics. Nanotechnology offers packaging with antimicrobial and barrier
properties, extending the shelf life of food. Biopolymers, biodegradable and
from renewable sources, are an environmentally friendly alternative for
packaging. Through a Systematic Literature Review (SLR), the applicability of
these technologies in the food industry is analyzed, using methods such as
PICOC and bibliometric analysis to evaluate relevant studies. The findings
highlight advances in safety and mechanical properties of these new materials,
but also point to challenges in their large-scale implementation, including
concerns about safety and consumer acceptance. It highlights the need for
further research to assess industrial feasibility and impact on food safety, as
well as long-term economic and sustainability aspects. This comprehensive
approach seeks to encourage the use of sustainable technologies in food
packaging, helping to reduce plastic waste and protect the environment.
Keywords: nanotechnology;
biopolymers; food safety; containers and packaging.
Recibido: 25-08-2024.
Aceptado: 10-12-2024.
En la actualidad, el aumento en el uso de
envases tradicionales lidera el consumo de plástico en la industria
alimentaria. La industria del embalaje utiliza la mayor cantidad de plástico
generado a nivel mundial y es la principal fuente de residuos sólidos
acumulados en el medio ambiente (De Kock et al., 2020). Aproximadamente al año,
un tercio (1,3 millones de toneladas) de los alimentos producidos a nivel
mundial se ven afectados por el deterioro y el desperdicio, debido a fallas en
el sistema de envasado (Mustafa & Andreescu, 2020). Es por ello, la
tendencia de desarrollar nuevas tecnologías para nuevos empaques y embalajes
haciendo uso de biopolímeros que son fácil de degradar y no generan un daño
tóxico de manera directa a los alimentos (Barage et al., 2022).
La nanotecnología se centra en el estudio y
la manipulación de la materia a nanoescala, un rango que va desde 1 hasta 100
nanómetros. A esta escala microscópica, las propiedades de los materiales
cambian drásticamente en comparación con su comportamiento a mayor escala, lo
que abre un abanico de posibilidades para el desarrollo de nuevas tecnologías y
aplicaciones (Correia et al., 2024). Esta tecnología se desarrolla a través de
varias etapas clave. Primero, se realiza una investigación y diseño detallados
a nivel molecular para comprender y manipular las propiedades de los
materiales. Luego, se utilizan técnicas avanzadas como la litografía, la
deposición de capas atómicas y la síntesis química para fabricar estructuras a
nanoescala. Estos productos se someten a rigurosas pruebas y optimización para
asegurar que poseen las propiedades deseadas y son seguros para su uso (Krishna
et al., 2022).
En el ámbito de los envases, la
nanotecnología ha dado lugar a varios tipos innovadores. Los envases antimicrobianos,
por ejemplo, incorporan nanopartículas de plata o cobre, que inhiben el
crecimiento de microorganismos y prolongan la vida útil de los alimentos. Los
envases barrera utilizan nanocompuestos para mejorar las propiedades de
protección contra gases, humedad y luz, lo que mantiene los alimentos frescos
por más tiempo. Además, existen envases inteligentes que incluyen nanosensores
capaces de detectar cambios en las condiciones del alimento, como su frescura,
pH y temperatura, proporcionando información valiosa sobre su estado (Rout
& Pradhan, 2024). Estos envases con nanotecnología tienen aplicaciones
diversas y significativas. En la industria alimentaria, ayudan a prolongar la
vida útil y garantizar la seguridad de productos como carnes, frutas y verduras.
En el sector farmacéutico, protegen medicamentos sensibles a la luz y al
oxígeno, mejorando su estabilidad y eficacia. En biomedicina, facilitan la
administración controlada de medicamentos y permiten el seguimiento del estado
de los productos biológicos (Namasivayam et al., 2022).
Así mismo en el desarrollo de la
nanotecnología existen estudios sobre la síntesis, caracterización,
aplicaciones y evaluaciones de nanomateriales que han impulsado el avance
científico para hacer crecer y alterar toda el área agroalimentaria en los
últimos años, debido a sus propiedades únicas, distintas a las de sus homólogos
masivos, que abarcan principalmente físicas, químicas y bio-lógicas (Garavand
et al., 2020). Las nanoestruc-turas de celulosa con propiedades fisicoquímicas
y antibacterianas se han estudiado ampliamente para diversas aplicaciones,
incluido el envasado de alimentos para extender la vida útil de los pro-ductos
alimenticios envasados (Gervasoni et al., 2023).
En las últimas décadas, los biopolímeros
proce-dentes de recursos renovables han llamado la atención de los
investigadores de la industria del embalaje debido a sus numerosas ventajas y
su gran potencial para desarrollar productos respetuosos con el medio ambiente
(Reichert et al., 2020). Existen muchos estudios que reportan las excelentes
propiedades de barrera (humedad, gas, térmica y grasa) de los biopolímeros
cuando se aplican en envases en condiciones y concen-traciones óptimas de
fabricación (Román et al., 2023).
Entre los biopolímeros empleados en el
envasado de alimentos, los polisacáridos derivados de plantas, biomasa marina,
bacterias u hongos, como el almidón, la celulosa, las hemicelulosas, el
quitosano y los alginatos, tienen un gran potencial para ser utilizados como
recubrimientos para papel/cartón, recubrimientos comestibles y películas (Evyan
et al., 2022). Además, se consideran una matriz adecuada para incorporar
compuestos bioactivos y crear materiales bioactivos y sensores en envases
activos e inteligentes. Estos materiales también se están utilizando en
nanotecnología para mejorar aún más sus propiedades y aplicaciones en el campo
del envasado (Sarkar et al., 2023).
Las metodologías PICOC, PRISMA y
Bibliometrix aportan varios beneficios significativos a la investigación. PICOC
ayuda a estructurar revisiones sistemáticas con precisión, PRISMA mejora la
transparencia y reproducibilidad de las revisiones al seguir una guía
estandarizada, y Bibliometrix permite un análisis cuantitativo detallado y la
visualización de tendencias en la literatura científica. Estas metodologías
facilitan la realización de estudios más rigurosos y de alta calidad (Urrútia
& Bonfill, 2010).
La presente revisión tiene como objetivo
analizar las tendencias actuales en tecnologías de biopolímeros y
nanotecnología para envases en la industria alimentaria, dada su relevancia
social. Se abordarán los diferentes tipos de tecnologías de envasado y sus
características, las tendencias emergentes en este campo, el impacto de la
nanotecnología en los envases de alimentos y bebidas, y las soluciones
sostenibles para superar las limitaciones de las tecnologías existentes. Esta
revisión busca proporcionar un panorama integral sobre el avance y la
aplicación de estas tecnologías en el envasado.
En nuestra
metodología se realizará una revisión sistemática con la perspectiva de RSL que
tiene como finalidad, compilar, examinar y efectuar búsquedas exhaustivas que
tengan la mayor información del tema de estudio. Para ejecutar una Revisión
Sistemática Literaria (RSL) se requiere un buen manejo y dominio de buscadores
confiables cómo SCOPUS y múltiples buscadores que aseguren que dicha
información brindada sea verídica y relevante, (Halba et al., 2023). Por ende,
con la revisión se quiere llegar a encaminar en la búsqueda de la aplicación de
nanotecnología y biopolímeros en envases en la actualidad. Así mismo se
aplicará una serie de estrategias donde primero se definirá las preguntas
específicas para la revisión de la literatura y como segundo paso la extracción
de palabras claves para luego plantear las ecuaciones de búsqueda. Para fijar
la estrategia de búsqueda de estudios se ha utilizado el método Population,
Intervention, Comparison, Outputs, Context (PICOC) que ayudó a desglosar el
tema de investigación en palabras clave específicas, con el objetivo de llevar
a cabo una búsqueda detallada en la base de datos de Scopus (Cevallos-Culqui et
al., 2023).
posterior a
ello, se utilizó un análisis bibliométrico que ayudó a comprender la estructura
y la evolución del campo científico basándose en datos bibliográficos y citas,
facilitando así la toma de decisiones informadas en investigación y desarrollo
académico Aria & Cuccurullo (2017c). También se llevó a cabo un modelo
PRISMA que detalla la metodología explícita y reproducible para la recopilación
y análisis de datos de estudios disponibles. Este enfoque permite identificar,
seleccionar y evaluar críticamente las investigaciones pertinentes, como se
describe en el estudio de Andreo-Martínez et al. (2022).
Formulación
de preguntas de investigación
En el
presente trabajo se plantea una estructura sobre la clasificación de los
distintos artículos los cuales nos permiten analizar sus distintas cualidades
por medio de esta RSL (Cevallos-Culqui et al., 2023). Para poder
determinar la estrategia de un busqueda en nuestro estudio se ha aplicado la
metodología de (Population, Intervention, Comparison, Outputs, Context) PICOC,
el mismo que respalda a las distintas preguntas de investigación que se
plantea para así definir toda la cadena de búsqueda intuitiva (Aragón,
2022). Nuestro estudio se enfoca en la aplicación de la nanotecnología
para la transformación de los biopolímeros en nuevos empaques y embalajes
amigables con el ambiente el cual nos ha permitido recolectar 307 artículos de
investigación.
Pregunta
general:
Q1: ¿Cuál
es el impacto del uso de la nanotecnología y biopolímeros en los envases y
embalajes en la industria alimentaria?
Preguntas
específicas:
EQ1:
¿Cómo ayuda la aplicación de la nanotecnología en nuevos envases y embalajes
dentro de la industria alimentaria?
EQ2: ¿De
qué manera se beneficia la industria de alimentos a través de la aplicación de
los biopolímeros en envases y embalajes?
Especificación
de palabras clave
Al analizar
los artículos seleccionados, se logró clasificar y organizar una diversidad de
palabras clave con el mismo significado en inglés y español, como
"nanotecnología", "biopolímeros", "industria
alimentaria", "biodegradable", y "zona industrial",
entre otros. Esta labor de categorización permitió identificar términos
relevantes que facilitan la comprensión y el análisis de los contenidos. Para
mejorar los resultados de búsqueda, es fundamental emplear estrategias avanzadas,
tales como la combinación de palabras clave con operadores booleanos,
destacando la importancia de utilizar comillas para búsquedas precisas. La
meticulosa selección de las palabras clave más pertinentes para cada sección de
la matriz PICOC asegura una búsqueda efectiva y enfocada. Asimismo, el avance
tecnológico actual proporciona la capacidad de obtener resultados más precisos
y relevantes en las búsquedas en línea (Negro & Pons, 2022).
Formulación
y/o selección de ecuaciones y motores de búsqueda
Para la realización
de la búsqueda efectiva más específica, es de vital importancia utilizar los
términos claves para poder comprender la funcionalidad de los distintos motores
de búsqueda específicos (Carrera-Rivera et al., 2022). En nuestra presente
investigación los principales motores utilizados para realizar nuestra búsqueda
más relevante y de mayor interés están en la base de datos, bibliotecas
digitales, revistas de alimentos y afines. Lo cual el principal fue SCOPUS y
así mismo se emplearon los operadores booleanos como comillas, comandos de OR y
AND siendo estas dos herramientas muy infaltables para poder determinar y
mejorar la búsqueda intuitiva en las diferentes bases de datos. Estos dos
operadores nos permiten determinar las combinaciones de los términos para
mejorar la búsqueda de manera más específica y obtener resultados de mayor
impacto y precisos (Ainomugisha et al., 2024).
La estrategia
de búsqueda se llevó a cabo de forma individual, considerando los requisitos y
limitaciones de la base de datos utilizada, SCOPUS. En casos en los que las
publicaciones no pudieron descargarse para la investigación, fueron rechazadas.
Esta herramienta ayuda a definir la cadena de búsqueda adecuada e identificar
las bases de datos para recopilar la documentación relevante (Mengist et al.,
2020). Los resultados de los artículos de investigación, de acuerdo con las
ecuaciones y motores de búsqueda seleccionados, se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1
Ecuación de búsqueda
|
BASES DE DATOS
|
PALABRAS/ECUACIÓN DE
BÚSQUEDA
|
N° DE ARTÍCULOS
|
|
SCOPUS
|
"Biopolymers" OR
"Nanotechnology" OR “Packaging" AND "Chitosan" OR
"Nanochitosan" OR "Nanomaterials" OR
"Nanoencapsulation" OR "Nanocomposites" OR
"Bioactive Compounds" AND "food packaging" OR
"Nanocellulose" OR "Alginate nanoparticles" AND
"Food safety" OR "Biodegradable packaging" AND "
Industrial zone" OR
"food industry"
|
176
|
Nota: En la tabla se muestra la ecuación de
búsqueda de palabras claves para una búsqueda más centrada en el tema, obtenida
por la metodología scopus.
La bibliometría se está volviendo cada vez
más común en todas las áreas académicas. Es especialmente útil para visualizar
el mapeo científico en un momento en el que el enfoque en las contribuciones
empíricas está dando lugar a corrientes de investigación extensas, fragmentadas
y debatidas (Mies, 2024). El mapeo científico puede ser complicado debido a la
variedad de pasos y herramientas de software necesarias, algunas de las cuales
no son gratuitas. Aunque existen flujos de trabajo automatizados que facilitan
este proceso, proponemos el uso de una herramienta de código abierto llamada
bibliometrix, creada por los autores, que simplifica el análisis de mapeo
científico. Esta herramienta, basada en R, ofrece flexibilidad y fácil
integración con otros paquetes estadísticos de R (Aria & Cuccurullo, 2017).
El contenido de 176
artículos, con un crecimiento anual del 16,76%, fue recuperado utilizando la
base de datos Scopus. Estos artículos contaron con la contribución de 789
autores, y la coautoría internacional representó el 31,82% del total. Toda la
información relevante sobre los datos se presenta en la Figura 1. Se realizaron
la extracción, análisis y visualización de datos utilizando el software
VOSviewer y el paquete Bibliometrix. Se analizó la producción científica anual
por año, las citas promedio por año, la producción nacional a lo largo del
tiempo, los países más citados, los documentos más citados a nivel global, los
autores más citados localmente, las fuentes citadas más localmente, las
afiliaciones más relevantes, los autores más relevantes, los países
correspondientes de los autores, las fuentes más relevantes, las palabras más
relevantes, el espectroscopio del año de publicación de referencia, la
producción de fuentes a lo largo del tiempo, el mapa de árbol de palabras clave
y la nube de palabras clave (Rahim et al., 2023).
Diagrama de Sankey
En la Figura 2 se
presenta la progresión temática a través de un diagrama de flujo de energía de
Sankey, que es un tipo específico de representación visual. En este documento,
mediante el uso del diagrama de Sankey, se ilustra la evolución de temas a lo
largo del tiempo en el ámbito de la investigación sobre realidad virtual y
educación. Esta representación gráfica facilita la comprensión de cómo han
evolucionado temporalmente las condiciones en las que se han desarrollado
diversos temas en el campo de la Realidad Virtual aplicada a la Educación
(Rojas-Sánchez et al., 2022).
El período de 2005
a 2024 se dividió en 5 partes, como se muestra en la Figura 2. En el Período
2005-2008, “Nanotecnología” es el tema predominante en este periodo inicial, lo
que indica el enfoque temprano en la investigación de nanotecnología aplicada a
envases biodegradables. En el Período 2009-2013, “Nanotecnología” sigue siendo
relevan-te, pero comienzan a surgir nuevos temas como “alimento”. Los flujos
indican que la investigación empieza a diversificarse hacia aplicaciones
específi-cas. En 2014-2018 vemos una diversificación significativa. Temas como
“envasado de alimentos”, “nanomateriales diseñados”, “envases biodegra-dables”,
“biopolímeros”, y “conservación de alimen-tos” emergen de “nanotecnología” y
“alimento”. “envases de alimentos” y “nanomateriales diseña-dos” son temas
importantes que muestran cómo la nanotecnología se aplica a envases y
materiales.
Figura 1. Información principal de datos bibliométricos extraídos de
Scopus.
Figura 2. Diagrama
de Sankey basado en las palabras claves del autor, (2005-2024).
En el Período
2019-2023 la diversificación continúa con temas como “biopolímeros”,
“nutracéuticos”, “antimicrobianos”, “quitosano”, “envases de alimentos”, y
“envases inteligentes”. Se nota un crecimiento en la investigación sobre
“biopolímeros” y “antimicrobianos”, indicando un enfoque en mejo-rar la
funcionalidad y seguridad de los envases. En 2024-2024 los temas de “envases de
alimentos”, “envases activos” y “revestimientos” dominan, mostrando que la
investigación ha avanzado hacia soluciones más específicas y aplicadas en el
mercado de envases biodegradables (Tao et al., 2024).
Red de
concurrencia
En la
visualización de la red utilizada en el contexto de este estudio, se observa
que los términos clave desempeñan un papel crucial como nodos de conexión,
donde el tamaño y la etiqueta de cada nodo reflejan la importancia de dicho
término dentro de la red, determinada por su frecuencia de aparición. Entre los
términos más recurrentes destacados por los autores se encuentran
nanotecnología, seguridad alimentaria y envasado de alimentos, subrayando la
relevancia de las relaciones establecidas entre estos términos clave, las
cuales se visualizan a través de líneas que conectan los nodos. La proximidad
entre dos nodos en la visualización indica la fuerza de la relación entre ellos
(Sarmiento-Ramírez et al., 2023).
La
Figura 3 presenta una escala de colores que abarca desde tonalidades azules más
intensas, asociadas a años anteriores, hasta tonos amarillos que representan la
actualidad. Esta representación gráfica permite interpretar la evolución de la
producción bibliográfica a lo largo del tiempo a partir de los términos clave
utilizados por los investigadores (Sarmiento-Ramírez et al., 2023).
Figura 3. Red de concurrencia por palabra clave del autor.
Se
destaca que los nodos más antiguos tienden a ubicarse en la periferia de la red
y presentan conexiones limitadas. Durante los primeros años del periodo
analizado, términos como biode-gradable, comida funcional y nanopartículas
fueron prominentes, mientras que, en el periodo posterior, entre 2018 y 2020,
términos como compuestos bioactivos, embalaje biodegradable, films comestibles,
biopolímeros, nanoencapsulación de envasado de alimentos, preservación de
alimentos, entre otros, fueron relevantes en la literatura revisada. Por otro
lado, los nodos de color amarillo, que representan los términos más recientes y
actuales citados por los autores, incluyen antimicrobiano, antioxidante,
envasado de alimentos activos, envasado activo, actividad antimicrobiana, embalaje
inteligente, entre otros (Romero-Riaño et al., 2022).
Mapa temático
La evaluación del
impacto de los conceptos aprendidos en la Figura 4, se realiza a través del
mapeo temático. Los grupos de palabras relacionadas se representan mediante
círculos, cuyo tamaño está determinado por la cantidad de publicaciones
asociadas. La densidad en el eje vertical indica las conexiones dentro de un
grupo, mientras que la centralidad en el eje horizontal refleja la interacción
del grupo. En el cuadrante I, los temas "motores" se caracterizan por
una alta centralidad y densidad, lo que sugiere temas fundamentales con un gran
potencial. En el cuadrante II, los temas "de nicho" presentan una
centralidad baja pero una densidad alta, indicando especialización. El cuadrante
III representa temas emergentes o en declive, con baja centralidad y densidad.
Por último, el cuadrante IV abarca temas "básicos" con alta
centralidad, pero baja densidad, relevantes, pero menos explorados
intensivamente (Cobo et al., 2011).
Utilizando la
herramienta Bibliometrix, es posible asignar un total de ocho grupos a una
matriz compuesta por cuatro campos con el fin de visualizar y mapear el campo
de investigación de manera más detallada y estructurada (Mies, 2024). Al
examinar los temas motores, conceptos como “envasado de alimentos”,
“nanotecnología” y “seguridad alimentaria” tienen un potencial significativo de
progresión. Grupos como “quitosano”, “películas comestibles” y “aceites
esenciales” también son temas fundamentales con un impacto sustancial en el
campo. Los grupos como “nanomaterial”, “evaluación de la seguridad” y
“agricultura” también son de gran potencial sustancial. Así como los grupos
“biosensores” y “patógenos alimentarios”. El tema, “compuestos bioactivos”,
grupos como “actividad antimicrobiana”, “actividad antioxidante” y
“biopreservacion”, son temas que pueden estar emergiendo o declinando en
relevancia. El grupo de “embalaje activo”, “biopolímeros” y “antimicrobiano”
son temas fundamentales y tienen una alta centralidad en el campo, pero no
están muy desarrollados (Gumusburun & Anaç, 2024).
Figura 4. Mapa temático basado en palabras clave del autor.
Criterios
de inclusión y exclusión
En
una Revisión Sistemática de la Literatura (RSL), es crucial que los autores
definan criterios de inclusión y exclusión para garantizar la objetividad y
evitar sesgos en el proceso. La selección de los artículos se fundamenta en
aspectos como el período de revisión, el idioma de publicación, el tipo de
literatura considerado, la fuente de los estudios, su impacto en la disciplina
y la disponibilidad de la información (Carrera-Rivera et al., 2022). Los
criterios de exclusión se aplicaron para descartar artículos que no eran
relevantes, artículos que tenían más de 5 años de antigüedad, estaban en
proceso de publicación o eran duplicados. Estos artículos fueron excluidos de
la revisión debido a que estaban fuera del alcance del trabajo de revisión
(Mengist et al., 2020).
Tras
llevar a cabo una búsqueda inicial en la base de datos de SCOPUS sin aplicar
ningún tipo de filtro, se siguió de manera sistemática la metodología PRISMA.
Esto permitió realizar una búsqueda más exhaustiva sobre el tema seleccionado
mediante la aplicación de criterios de inclusión y exclusión.
PRISMA
2020 ha sido desarrollado y actualizado para facilitar su aplicación en
búsquedas sistemáticas que abarcan la síntesis de datos, como metaanálisis, y
en revisiones sistemáticas que incluyen métodos mixtos que combinan estudios
cuantitativos y cualitativos (Page et al., 2021). En esta investigación, el
primer criterio de inclusión se centra en buscar artículos de investigación de
los últimos cuatro años para garantizar información actualizada. Se han
excluido documentos en proceso de publicación para no afectar la investigación.
Es importante destacar que no se han establecido limitaciones en cuanto al
idioma de las publicaciones (Perevochtchikova et al., 2019). Para filtrar
los estudios se aplicaron los siguientes principios de inclusión y exclusión
adicionales, tal como se muestra en la Tabla 2. Una vez hecha toda una
búsqueda intuitiva en la base de datos SCOPUS y así mismo aplicando el diagrama
Prisma, en la etapa inicial se encontraron un total de 629.915 documentos en la
base de datos Scopus, no registrando ningún duplicado de acuerdo con la
búsqueda. registrando un total de cribado 629.915, asimismo con un total de
669.739 documentos registrados como excluidos, 176 publicaciones aplicando el
algoritmo PICOC, 106 publicaciones no recuperadas y posterior a eso siguiendo
todo los términos de cribado se tiene un total de 70 artículos para ser
evaluadas por su elegibilidad aplicando los criterio de inclusión: CI1, CI2,
CI3, CI4, CI5, CI6, Realizando las verificaciones de manera individual a todos
los documentos uno a uno para saber si verdaderamente guarda relación con
nuestro tema principal logrando revisar todo el pdf completo por lo
consiguiente aplicando el criterio de exclusión: CE1,CE2, CE3, CE4, CE5 se
registró un total de 25 artículos excluidos que no guardan ninguna relación con
el tema principal y por último se identificaron 45 artículos que nos permiten
estos poder definir todos los incluidos que son 45 artículos de alto impacto
que cumplen todos los criterios y fundamentos con nuestro tema principal
(Figura 5).
Tabla 2
Selección de literatura del estudio SLR aplicando criterios
de inclusión y exclusión (Metodología PRISMA)
|
TIPO
|
CRITERIOS
DE INCLUSIÓN
|
TIPO
|
CRITERIOS
DE EXCLUSIÓN
|
|
CI1
|
Artículos
de los últimos 4 años
|
CE1
|
Artículos
que no están dentro de los últimos 4 años
|
|
CI2
|
Área
temática: Ciencia Agricultura y Biología; Bioquímica, Genética y Biología
Molecular; Química, Ingeniería Química; Ciencia de los Materiales y Ingeniería
|
CE2
|
Artículos
que no están relacionados con el tema principal.
|
|
CI3
|
Tipo de
documentos: Artículos y revisiones
|
CE3
|
Etapa de
la publicación en proceso
|
|
CI4
|
Idiomas:
inglés
|
CE4
|
Publicaciones
duplicadas
|
|
CI5
|
Países:
Todos
|
CE5
|
Falta de
DOI
|
|
CI6
|
Acceso
abierto
|
Figura 5. Esquema para la
búsqueda en bases de datos de publicaciones para revisiones sistemáticas.
RESULTADOS Y
DISCUSIÓN
Se identificaron 176 artículos, entre ellos
70 fueron seleccionados aplicando filtros de selección de documentos y palabras
clave en la base de datos Scopus y finalmente 45 fueron elegibles para lectura
completa. Todos los artículos cumplieron con los criterios de elección tomados
para la RSL y fueron publicados entre 2021 y 2024 (Siddiqui et al.,
2023).
En la actualidad, la investigación sobre la
nanotec-nología y biopolímeros: Una alternativa para los empaques y embalajes
se ha centrado principal-mente en el porcentaje de desperdicio de los
alimentos, en sus propiedades desaprovechadas y en el bienestar y salud del
mundo bajo el consumo de alimentos industrializados con empaques y embalajes
sintéticos. Los investigadores mayor-mente apuntaron a investigar los
desperdicios de alimentos en la industria para darle un provecho y un valor
agregado para mitigar el impacto de la contaminación del medio ambiente
y el uso de polímeros dañinos para la salud (Nanda et al., 2024b). Este estudio
explora la revisión sistemática de las tendencias de la nanotecnología y
biopolímeros a partir de los residuos industriales. Con base en la evidencia
propuesta, se analizan brevemente las siguientes preguntas.
Año de publicación de las
investigaciones
Los resultados en la Tabla 3 muestran el
número de artículos publicados desde el año 2020 al 2024. En los años donde se
publicaron más artículos sobre nanotecnología y biopolímeros de mayor impacto
son en los años 2022 que alcanzó un total de 15 documentos publicados con un
37,5%, en el 2023 un total de 12 documentos publicados con un 30% y en 2024 un
total de 11 documentos publicados siendo los documentos más actualizados con un
23.8% acerca del tema de investigación.
Tabla 3
Número de investigaciones disponibles según
año de publicación
|
Año
|
N° Artículo
|
Porcentaje
|
|
2020
|
0
|
0,0%
|
|
2021
|
2
|
3,2%
|
|
2022
|
15
|
38,1%
|
|
2023
|
12
|
34,9%
|
|
2024
|
11
|
23,8%
|
|
Total
|
40
|
100,0%
|
Nota. Número de artículos disponibles del
año 2020 a 2024 sobre nanotecnología y polímeros, donde en 2022 hubo más
publicaciones que en el 2020.
Países a nivel mundial de
artículos publicados
Según resultados en la Figura 6, el número
de artículos que cada país realizó abordando nuestro tema de mayor interés
sobre la nanotecnología y los biopolímeros en envases y embalajes dentro de la
industria alimentaria, donde el país de la India representa una mayor cantidad
de publicaciones con 12 documentos publicados, seguidos por Brasil y China con
7 documentos publicados cada uno, seguidos por Malasia, Egipto, Pakistán, Irak,
USA cada uno de dos publicaciones por país y por último los países que
aportaron con una sola publicación Siria, Italia, Corea y
Francia.
Figura 6. Número de artículos
publicados en cada país a nivel mundial.
Q1 ¿Cuál es el impacto del
uso de la nanotec-nología y biopolímeros en los envases y embalajes en la
industria alimentaria?
En respuesta a la pregunta de investigación
Q1 en la presente RSL se han encontrado diferentes artículos que hablan sobre
el uso y su impacto de la nanotecnología y biopolímeros en envases dentro la
industria alimentaria, tal como se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Resultados
encontrados en respuesta a la pregunta principal.
El porcentaje de artículos
estudiados según la revisión sistemática donde los autores en su investigación
mencionan el uso de la nanotec-nología y los biopolímeros en envases dentro de
la industria y su impacto, dónde 27 documentos mencionan sobre el uso de la
nanotecnología en envases dentro de la industria de alimentos haciendo el 30%,
32 documentos mencionan sobre el uso de biopolímeros en envases dentro de la
industria alimentaria haciendo el 35% y así mismo 32 documentos nos mencionan
el impacto combinado en envases dentro de la industria de alimentos haciendo el
35%.
Según Alkassfarity et al. (2024) en su
estudio destacó sobre la fabricación de películas bio-nanocompuestas con
nanocristales de celulosa modificados y policaprolactona, las cuales mostraron
mejoras significativas en resistencia mecánica, bloqueo de rayos UV y
propiedades antimicrobianas. Este avance no solo optimiza la calidad y
durabilidad de los alimentos envasados, sino que también reduce la
permeabilidad a gases y vapor de agua, prolongando la vida útil de los
productos. De igual manera, según Hatta et al. (2023), nos menciona sobre la
integración de la nanotecnología, biopolímeros y materiales bioactivos en los
sistemas de envasado no solo mejora la conservación de alimentos, sino que
también responde a la creciente demanda de seguridad y calidad alimentaria.
Aunque se requieren más investigaciones para comercializar plenamente estas
tecnologías, su potencial para revolucionar la industria alimentaria es
innegable, garantizando productos más seguros y sostenibles para los
consumidores. Por consiguiente, según Bose et al. (2023), aborda
sobre el problema del desperdicio de alimentos y la necesidad de materiales de
envasado ecológicos que prolonguen la frescura de los alimentos. Los envases
antimicrobianos y biodegradables son avances clave en el envasado activo,
utilizando antioxidantes naturales y nanopartículas orgánicas para mejorar las
propiedades antibacterianas y antioxidantes de los envases. Estos materiales,
como polisacáridos y proteínas, ofrecen una mejor obstrucción de la luz
ultravioleta y menor permeabilidad al vapor de agua, contribuyendo a un menor
impacto ambiental. Así mismo, según Zhang et al. (2022), también destaca
la importancia de los polímeros y compuestos poliméricos en el envasado de
alimentos, clasificando los avances en envases mejorados, activos e
inteligentes. La revisión aborda las preocupaciones de seguridad y
regulaciones, y ofrece una perspectiva sobre las futuras direcciones de
investigación en este campo. Del mismo modo según, Vieira et al. (2022) en su
investigación nos proporciona una visión detallada sobre las nanopartículas
inorgánicas y los compuestos antioxidantes naturales en matrices biodegradables
y biobasadas, resaltando su potencial en el envasado activo de alimentos,
también esta revisión aborda las propiedades intrínsecas, la seguridad y los
efectos potenciales de los nanomateriales en la salud, destacando la sinergia
entre nanopartículas inorgánicas y antioxidantes naturales para mejorar las
propiedades de las películas de embalaje biodegradables. Al haber revisado los
autores anteriormente mencionados se pudo comprender que enfatizan el
desarrollo de películas bio-nanocompuestas y biodegradables que mejoran la
resistencia mecánica, bloquean los rayos UV, poseen propiedades antimicrobianas
y reducen la permeabilidad a gases y vapor de agua. Estos avances no sólo
prolongan la vida útil de los alimentos, sino que también responden a la
demanda creciente por alimentos seguros y de alta calidad, además de abordar preocupaciones
ambientales como el desperdicio de alimentos.
Por si fuera poco, según Baghi et al.
(2022), destaca sobre la importancia de incorporar compuestos antimicrobianos y
antioxidantes naturales en los envases de alimentos para satisfacer las expectativas
de los consumidores de alimentos saludables. La nano/microencapsulación de
estos compuestos bioactivos mejora su estabilidad y controla su liberación,
permitiendo el desarrollo de envases activos y bioactivos. Los materiales de
embalaje biodegradables, que están ganando atención debido a las crecientes
preocupaciones ambientales, ofrecen una alternativa sostenible y rentable a los
plásticos convencionales, contribuyendo a reducir el desperdicio de alimentos y
la contaminación por plásticos. Así mismo, Chaudhari et al. (2023) destaca los
desafíos que enfrenta la industria alimentaria con respecto al deterioro de
alimentos debido a la contaminación por hongos y la peroxidación lipídica.
Menciona que, si bien se han utilizado conservantes químicos, su uso repetitivo
plantea preocupaciones por su impacto negativo. En contraste, los aceites
esenciales (AE) emergen como una opción atractiva debido a sus propiedades
naturales antifúngicas y antioxidantes. Aunque su aplicación a escala
industrial ha sido limitada debido a problemas como la solubilidad y la
vulnerabilidad a la oxidación, el envasado activo con biopolímeros ofrece una
solución prometedora. Estos materiales no solo mejoran la estabilidad de los AE
mediante una liberación controlada, sino que también minimizan el deterioro de
los alimentos sin comprometer sus cualidades sensoriales, representando así una
innovación significativa hacia soluciones más seguras y comercialmente viables
en el mercado de envases de alimentos. Del mismo modo, Ali et al. (2023)
destaca que la industria alimentaria, que consume aproximadamente el 40 % del
plástico global como material de embalaje, enfrenta serias preocupaciones
ambientales debido a la falta de degradabilidad de los plásticos
convencionales. Propone que los biopolímeros, como los polisacáridos (almidón,
celulosa, quitosano) y las proteínas (gelatina, colágeno), junto con los ácidos
grasos, podrían ofrecer una solución viable. Estos materiales son
biodegradables y muestran propiedades mejoradas cuando se combinan con
nanomateriales mediante tecnologías avanzadas de compuestos de intercalación a
nanoescala. Esto resulta en características fascinantes como rigidez,
estabilidad térmica, propiedades bioactivas, y biodegradabilidad, lo que los
convierte en alternativas prometedoras y necesarias para el embalaje de
alimentos en una era más verde y sostenible. Estos estudios subrayan el papel
crucial de los biopolímeros y los bionanocompuestos en la transformación hacia
materiales de envasado más seguros, sostenibles y eficaces. Estas innovaciones
no solo abordan los desafíos ambientales y de salud pública asociados con los
plásticos convencionales, sino que también promueven la innovación tecnológica
y el avance hacia prácticas más responsables en la industria alimentaria
global. De acuerdo con nuestra revisión de 40 artículos, la Figura 7 nos brinda
la información de manera porcentual donde detallamos lo siguiente: que el 30%
de ellos hace referencia a la aplicación de la nanotecnología en envases dentro
de la industria alimentaria, el 35% nos mencionan sobre el uso de los
biopolímeros en envases dentro de la industria alimentaria y así mismo el 35%
abordan sobre el impacto en envases dentro de la industria alimentaria. En
otros términos, estos hallazgos respaldan los resultados encontrados donde el
uso de la nanotecnología, biopolímeros y la combina-ción de ambos aplicado en
envases dentro de la industria alimentaria generan nuevos desarrollos de
innovaciones en envases biodegradables.
EQ1
¿Cómo ayuda la aplicación de la nanotec-nología en nuevos envases
y embalajes dentro de la industria alimentaria?
En respuesta a nuestra pregunta
de investigación EQ1 en la presente RSL se han encontrado diferentes artículos
que mencionan la aplicación de la nanotecnología en nuevos envases y embalajes
en la industria de alimentos.
En la Figura 8 se muestra el porcentaje de
artículos estudiados según la revisión sistemática donde el mayor porcentaje
mencionan sobre protección avanzada en envases con un total de 35 docu-mentos
publicados alcanzando un 45% siendo esto el mayor porcentaje de estudio, así
mismo los documentos que hablan de la mejor conservación de alimentos
aplicando la nanotecnología con un total de 29 documentos publicados alcanzando
así un 37% siendo el segundo tema de mayor interés y por último un total de 14
artículos que mencionan sobre la reducción de aditivos químicos empleando la
nanotecnología esto comprende el 18%.
Figura 8. Resultados
encontrados en respuesta a la sub pregunta EQ1.
Según Chausali et al. (2022), la
nanotecnología ha transformado la conservación, procesamiento, prueba y empaque
de los alimentos. Los materiales de nanoestructura, debido a sus propiedades
físicas y químicas únicas, son preferidos sobre sus contrapartes de
macroestructura, permitiendo la creación de envases avanzados que mantienen el
sabor, la nutrición y la calidad de los alimentos durante su transporte, además
de prevenir la contaminación y preservar las propiedades mecánicas,
fisiológicas, físicas y químicas de los alimentos (Figura 9). Ranjha et al.
(2022), agrega otra dimensión a esta discusión, destacando la biocompatibilidad
de los nanomateriales.
Figura 9. Descripción
de la nanotecnología y biopolímeros en envases y embalajes.
La síntesis de
nanomateriales biocompatibles se centra en reducir la toxicidad, disminuir los
efectos adversos en el tracto gastrointestinal y mejorar la respuesta
inmunitaria. Estos nanomateriales se utilizan en una variedad de aplicaciones
en la industria alimentaria, incluyendo la detección de toxinas y patógenos, la
producción de envases biocompatibles y la mejora de la calidad sensorial de los
alimentos (color, sabor y aroma). La nanotec-nología ha revolucionado la
industria alimentaria al mejorar la seguridad, la calidad y la vida útil de los
productos. Subrayan las propiedades únicas de los nanomateriales que permiten
la creación de envases avanzados, preservando el sabor y la nutrición de los
alimentos, además de prevenir la contaminación. Se destaca la importancia de la
biocompatibilidad de los nanomateriales para reducir la toxicidad y mejorar la
respuesta inmunitaria, lo que resulta en envases más seguros y efectivos.
Por otro lado, Arun et
al. (2022) abordan la problemática ambiental del uso de plásticos sintéticos no
biodegradables y la eliminación de desechos agrícolas. Su estudio se centra en
el uso de agror-residuos, específicamente cáscaras de coco, para sintetizar
nanofibras de celulosa (CNF), que se incorporaron a una película de empaque
biodegra-dable para mejorar sus propiedades. Este enfoque no solo aborda la
sostenibilidad al utilizar materiales biodegradables y de origen biológico,
sino que también mejora las propiedades mecánicas, térmicas y ópticas del
material de empaque, haciéndolo comparable a las películas de polietileno
conven-cionales. Las propiedades antioxidantes y antimi-crobianas añadidas por
los aceites esenciales, como el de linaza y limón, proporcionan una protección
continua a los alimentos. Así mismo, Rather et al. (2021) en su investigación,
se enfoca en el uso de aceites esenciales en nanofibras poliméricas fabri-cadas
por electrohilado. Estas nanofibras mejoran las propiedades antimicrobianas,
antiinflamatorias y antioxidantes, protegiendo los alimentos del daño oxidativo
y reduciendo el uso de drogas sintéticas tóxicas. Este enfoque es eficiente y
se alinea con las demandas de los consumidores por productos más seguros y
sostenibles. De igual manera, Omerović et al. (2021), en su investigación
destaca el uso de materiales compuestos antimicrobianos que combi-nan
nanopartículas antibacterianas con polímeros verdes biodegradables. Estos
materiales no solo mejoran la seguridad y calidad de los alimentos, sino que
también reducen los residuos plásticos y promueven la sostenibilidad. Zhang et
al. (2024) aborda la creciente demanda de materiales de envasado activos
antimicrobianos con buenas propiedades mecánicas y de barrera en la industria
alimentaria. Su estudio se centra en la síntesis de nanocompuestos de Ag/ácido
tánico-FeIII (TFA), que se incorporaron a una película compleja de
quitosano/gelatina/alcohol polivinílico (CF) para producir películas
multifuncionales. Estas películas muestran una excelente actividad
antioxidante, efectos fototérmicos y un potente rendimiento antibacteriano bajo
irradiación láser de infrarrojo cercano, lo que las hace ideales para el
envasado y la esterilización continua de productos cárnicos. Estos estudios
analizados coinciden en que la nanotecnología y los materiales avanzados
mejoran la sostenibilidad y la funcionalidad de los empaques alimentarios.
Destacan el uso de materiales biodegradables y nanocompuestos que mejoran las
propiedades mecánicas, térmicas y de barrera, al tiempo que proporcionan protección
antimicrobiana y antioxidante. Estos enfoques no solo preservan la calidad y
seguridad de los alimentos, sino que también responden a la demanda de los
consumidores por soluciones más seguras y ecológicas. De acuerdo con nuestra
revisión de 40 artículos, la Figura 8 nos brinda la información de manera
porcentual donde detallamos lo siguiente: que el 37% de ellos hace referencia a
la mejora de la conservación de alimentos aplicando la nanotecnología en los
empaque y embalajes, el 45% nos mencionan sobre una protección avanzada de los
alimentos con estos envases aplicando nuevas tecnologías según los distintos
artículos revisados y así mismo el 18% abordan sobre la reducción del uso
de aditivos químicos usando la nanotecnología lo cual nos permite mejorar las
condiciones de los alimentos. En otros términos, estos hallazgos respaldan los
distintos resultados encontrados donde la aplicación de la nanotecnología ayuda
a la mejora de las condiciones de los envases y embalajes para una mayor
conservación de los alimentos y brindando una mayor seguridad alimentaria
(Figura 10).
Figura
10.
Descripción de la nanotecnología en envases y embalajes.
EQ2 ¿De qué manera se
beneficia la industria de alimentos a través de la aplicación de los
biopolímeros en envases y embalajes?
En respuesta a nuestra pregunta de
investigación EQ2 en la presente RSL se han encontrado diferentes artículos que
mencionan sobre el beneficio de la aplicación de biopolímeros en envases y
embalajes dentro de la industria de alimentos. En la Figura 11 se muestra el
porcentaje de artículos estudiados según la revisión sistemática. Asimismo, se
ha demostrado que la mayoría de los artículos mencionan versatilidad en aplicaciones
con un 35%, el resto de los artículos estudiados mencionan compatibilidad con
alimentos y reducción de residuos plásticos con 37% y 28%
respectivamente.
Figura
11.
Resultados encontrados en respuesta a la sub pregunta EQ2.
La industria de alimentos se beneficia
significati-vamente de la aplicación de biopolímeros en envases y embalajes.
Según Richard (2022), estos materiales son biodegradables y compostables, lo
que reduce el impacto ambiental de los residuos plásticos. Además, su
producción genera menos emisiones de gases de efecto invernadero, contri-buyendo
a la reducción de la huella de carbono. Al adoptar envases ecológicos, las
empresas mejoran su imagen de marca y cumplen con las regulaciones
medioambientales, respondiendo a la creciente demanda de consumidores por
prácticas soste-nibles. Así mismo, Nanda et al. (2024), investigan la zeína, un
biopolímero a base de proteínas derivado del maíz, que ha ganado atención como
una opción prometedora y ecológica para el envasado de alimentos debido a sus
atributos físicos favorables. La introducción de la tecnología de electrohilado
ha avanzado significativamente en la producción de nanomateriales basados en
zeína, permitiendo la creación de nanofibras con estructuras persona-lizables y
atributos mecánicos y térmicos ajusta-bles (Figura 12). Esta técnica permite
integrar diversos aditivos, como antioxidantes y agentes antimicrobianos, en
las nanofibras de zeína, mejorando sus funcionalidades para la conser-vación de
alimentos. Por otro lado, Mayuri et al. (2022) resalta la creciente necesidad
de desar-rollar bioplásticos biodegradables como alterna-tiva a los plásticos
convencionales en el envasado de alimentos. Discute diversas fuentes de biopolímeros,
métodos de producción y aplica-ciones emergentes. Aunque los bioplásticos
enfrentan desafíos en cuanto a propiedades mecánicas y de barrera en
comparación con los plásticos sintéticos, se exploran soluciones como el uso de
rellenos, nanocompuestos y aditivos para mejorar estas características; la
combinación de biopolímeros con polímeros sintéticos representa una prometedora
línea de investigación, respaldada por métodos de producción como la fundición
en banco y continua. Estos estudios subrayan la importancia de la innovación
tecnológica y la colaboración interdisciplinaria para alcanzar estos objetivos,
en un contexto donde la demanda por materiales de envasado biodegradables está
en aumento debido a preocupaciones ambientales globales y regulaciones más
estrictas.
Figura
12.
Descripción de procesos de producción, beneficios y aplicaciones.
Por lo consiguiente,
Wen et al. (2023) introduce una tecnología innovadora que incorpora puntos
cuánticos de carbono fluorescente (CDs) derivados de la cúrcuma en una
matriz de quitosano. Estas películas de envasado activas inhiben el crecimiento
de bacterias como Staphylococcus aureus y Escherichia coli bajo
irradiación, y han demostrado retrasar el deterioro de la carne de cerdo,
proporcionando una solución segura y eficiente para el envasado de alimentos.
Además, Ge et al. (2024), en su investigación presenta materiales de celulosa,
específicamente nanofibras de celulosa (CNF) y carboximetilcelulosa (CMC), para
crear películas compuestas con alta transparencia y excelentes propiedades
mecánicas. Estas películas, cargadas con polifenoles del té, inhiben E. coli
y S. aureus y pueden degradarse rápidamente en condiciones naturales,
ofreciendo una alternativa sostenible a los materiales de envasado
convencionales. De igual manera, Sarfraz et al. (2024) discute el uso del
quitosano debido a sus beneficios antioxidantes y antimicrobianos, su
compatibilidad biológica y biodegradabilidad. A pesar de los desafíos como el
bajo rendimiento mecánico y térmico y los altos costos de producción, el
quitosano tiene un gran potencial como sustituto de los polímeros sintéticos.
Sin embargo, se necesitan más estudios para abordar cuestiones relacionadas con
la selección de materias primas, estabilidad, sensibilidad, desarrollo de
productos, problemas de toxicidad e industrialización. Todos estos autores
destacan la necesidad de más investigación para abordar aspectos críticos como
selección de materias primas, estabilidad, toxicidad y escalabilidad industrial
de estos materiales biodegradables y activos para envasado alimentario. Así
mismo con nuestra revisión de 40 artículos, la Figura 11 brinda la información
de manera porcentual donde detallamos lo siguiente: que el 28% de ellos hace
referencia a la reducción de todos los residuos plásticos en las industrias al
aplicar el uso de los biopolímeros en los empaque y embalajes, el 35% nos
mencionan sobre la compatibilidad que tienen los distintos biopolímeros con los
alimentos y así no generen ningún daño o malestar a los consumidores
incrementando la seguridad alimentaria y así mismo el 37% abordan la
versatilidad que tienen los biopolímeros a la hora de ser aplicados en nuevos
envases y embalajes. En términos generales, estos hallazgos respaldan los
distintos resultados encontrados donde la aplicación de los biopolímeros ayuda
a la mejora de las condiciones de los envases y embalajes para una mayor conservación
de los alimentos y brindando una mayor seguridad alimentaria.
DESAFÍOS Y PERSPECTIVAS DEL FUTURO
La
integración de la nanotecnología y los biopolímeros en empaques y embalajes representa
una alternativa prometedora para mejorar la conservación, la seguridad y las
propiedades antimicrobianas de los alimentos. No obstante, su aplicación
enfrenta varios desafíos críticos que deben ser abordados para asegurar su
efectividad y aceptación en el mercado.
Uno de
los mayores desafíos radica en desarrollar sistemas de distribución que
garanticen la seguridad del consumidor y que, al mismo tiempo, sean
económicamente viables para su producción a gran escala. Además, existen
preocupaciones significa-tivas sobre la posible lixiviación y migración de
nanopartículas y componentes de biopolímeros desde los materiales de envasado
hacia los alimentos. Dado que los materiales a escala nanométrica tienden a
comportarse de manera diferente a nivel químico y físico, esto podría resultar
en la generación de subproductos potencialmente dañinos para el medio ambiente
y la salud humana. Por lo tanto, es fundamental realizar estudios exhaustivos
sobre los efectos a largo plazo de estas interacciones para garantizar la seguridad
alimentaria.
Para
superar estas limitaciones, futuros estudios deberían enfocarse en desarrollar
métodos avanzados de monitoreo y rastreo de nanopartículas y compuestos
liberados desde los empaques. Estos métodos podrían utilizarse para detectar la
presencia de contaminantes, patógenos y pesticidas, lo que fortalecería la
seguridad alimentaria y permitiría un control de calidad más riguroso en tiempo
real. Además, se recomienda llevar a cabo investigaciones orientadas a la
industria para evaluar la formulación de biopolímeros y nanopartículas
biocompatibles, como el uso de péptidos antimicrobianos catiónicos (por
ejemplo, la polilisina) a través de enfoques nanotecnológicos, con el fin de
mejorar la capacidad de conservación y la eficacia antimicrobiana de los
empaques.
Otra
línea de investigación prometedora es la sustitución de plásticos
convencionales mediante el desarrollo de películas basadas en biopolímeros
combinadas con aceites esenciales y estabilizadas con emulsión de Pickering.
Este enfoque tiene el potencial de reducir significativamente los residuos
plásticos y disminuir la contaminación ambiental, permitiendo una solución
sostenible para la industria del envasado de alimentos.
Asimismo,
es crucial explorar las interacciones intermoleculares entre los componentes de
los biopolímeros y diferentes nanopartículas, como las nanopartículas de plata,
óxido de zinc, nano sílice y otros nanocompuestos. Estas interacciones pueden
influir en las propiedades finales de los empaques y deben estudiarse para
maximizar su eficacia y seguridad.
Finalmente,
aunque la nanotecnología tiene el potencial de transformar el ámbito del
procesamiento de alimentos, su implementación a gran escala requiere marcos
regulatorios específicos que aborden las preocupaciones de seguridad y
estandarización. Hasta el momento, la mayoría de los estudios se han realizado
a nivel de laboratorio; por tanto, futuros estudios deberían centrarse en
expandir estas aplicaciones hacia contextos industriales, evaluando su
viabilidad técnica y económica en condiciones reales de producción.
La industria alimentaria
está demostrando un interés creciente en reemplazar los conservantes
tradicionales, que suelen ser perjudiciales para la salud, por alternativas
basadas en nanotecnología y biopolímeros. Estas tecnologías ofrecen una
prometedora solución para mantener la frescura, calidad y seguridad de los
alimentos, alineándose con la demanda de los consumidores por productos mínimamente
procesados y más sostenibles. El desarrollo de empaques y embalajes que
integren estos materiales podría impulsar la sostenibilidad en el sector
alimentario al reducir la dependencia de los plásticos convencionales.
Los estudios revisados
confirman que los materiales basados en nanotecnología y biopolímeros pueden
mejorar significativamente la conservación de los alimentos, ofreciendo una
mayor capacidad de barrera, propiedades mecánicas avanzadas y, en algunos
casos, funcionalidad antimicrobiana. Además, responden a la creciente demanda
de productos ecológicos y sostenibles. Sin embargo, la implementación de estas
tecnologías a gran escala enfrenta desafíos, como la necesidad de establecer
sistemas de distribución seguros y lograr la aceptación del consumidor.
En el ámbito de la
nanotecnología, se concluye que esta tecnología no solo mejora la calidad de
los alimentos al extender su vida útil, sino que también permite monitorear el
estado de los productos mediante nanosensores, ofreciendo una innovación clave
para la seguridad alimentaria. Las nanoestructuras utilizadas en empaques
pueden prolongar la vida útil de los productos y, al mismo tiempo, informar
sobre su frescura.
Por otro lado, los
biopolímeros, como el ácido poliláctico (PLA), el polihidroxibutirato (PHB), y
los derivados de celulosa y almidón, han demostrado ser alternativas
sostenibles a los plásticos convencionales en el envasado. Su uso no solo
contribuye a la conservación de alimentos y la seguridad alimentaria, sino que
también muestra una gran versatilidad para su aplicación en otros sectores,
como la medicina, la agricultura y productos de consumo. La incorporación de
estos biopolímeros en la industria del empaque y embalaje es un paso hacia una
economía circular y más respetuosa con el medio ambiente.
Finalmente, con el avance
continuo de la tecnología y una colaboración más estrecha entre investigadores,
reguladores e industria, la integración de biopolímeros y nanotecnología tiene
el potencial de transformar el sector del empaque y contribuir a una economía
más sostenible y circular.
En cuanto a futuras
investigaciones, un enfoque interesante sería el desarrollo de envases
inteligentes biodegradables utilizando nanocompuestos multifuncionales. Estos
envases podrían combinar biopolímeros con nanopartículas que aporten
propiedades antimicrobianas y capacidades de detección, permitiendo a los
consumidores conocer la frescura del producto mediante un cambio de color
visible. Además, es fundamental que estos estudios incluyan evaluaciones de
biocompatibilidad e impacto ambiental, considerando el ciclo de vida completo
de los materiales, desde su producción hasta su disposición final. Este enfoque
contribuirá a garantizar que las soluciones propuestas no solo sean eficaces,
sino también seguras y sostenibles a largo plazo.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
Ainomugisha, S., Matovu, M., & Manga, M.
(2024). Application
of green agro-based nanoparticles in cement-based construction materials: A
systematic review. Journal of Building Engineering, 108955. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.108955
Ali, A., Bairagi, S., Ganie, S. A., & Ahmed,
S. (2023). Polysaccharides
and proteins based bionanocomposites as smart packaging materials: From
fabrication to food packaging applications a review. International Journal
Of Biological Macromolecules, 252, 126534. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126534
Alkassfarity, A. N., Yassin, M. A., Rehim, M. H. A., Liu, L.,
Jiao, Z., Wang, B., & Wei, Z. (2024). Modified cellulose nanocrystals
enhanced polycaprolactone multifunctional films with barrier, UV-blocking and
antimicrobial properties for food packaging. International Journal Of
Biological Macromolecules, 261, 129871. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129871
Andreo-Martínez, P., Ortiz-Martínez, V. M.,
Salar-García, M. J., Veiga-Del-Baño, J. M., Chica, A., & Quesada-Medina, J.
(2022). Waste
animal fats as feedstock for biodiesel production using non-catalytic
supercritical alcohol transesterification: A perspective by the PRISMA
methodology. Energy Sustainable Development/Energy For Sustainable
Development, 69, 150-163. https://doi.org/10.1016/j.esd.2022.06.004
Aragón, C. L. M. (2022). Una revisión sistemática
de la literatura del aprendizaje organizacional y el desempeño. Visión De
Futuro/VisióN De Futuro, 27, No 1 (Enero-Junio), 1–23. https://doi.org/10.36995/j.visiondefuturo.2023.27.01.001.es
Aria, M., & Cuccurullo, C. (2017b). bibliometrix :
An R-tool for comprehensive science mapping analysis. Journal Of Informetrics,
11(4), 959-975. https://doi.org/10.1016/j.joi.2017.08.007
Arun, R., Shruthy, R., Preetha, R., & Sreejit, V. (2022).
Biodegradable nano composite reinforced with cellulose nano fiber from coconut
industry waste for replacing synthetic plastic food packaging. Chemosphere, 291,
132786. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132786
Baghi, F., Gharsallaoui, A., Dumas, E., &
Ghnimi, S. (2022). Advancements
in Biodegradable Active Films for Food Packaging: Effects of Nano/Microcapsule
Incorporation. Foods, 11(5), 760. https://doi.org/10.3390/foods11050760
Barage, S. H., Lakkakula, J., Sharma, A., Roy, A., Alghamdi,
S., Almehmadi, M., Hossain, M. J., Allahyani, M., & Abdulaziz, O. (2022).
Nanomaterial in Food Packaging: A Comprehensive Review. Journal of
Nanomaterials, 2022, 1–12. https://doi.org/10.1155/2022/6053922
Bose, I., Roy, S., Pandey, V. K., & Singh, R. (2023). A
Comprehensive Review on Significance and Advancements of Antimicrobial Agents
in Biodegradable Food Packaging. Antibiotics, 12(6), 968. https://doi.org/10.3390/antibiotics12060968
Carrera-Rivera, A., Ochoa-Agurto, W., Larrinaga,
F., & Lasa, G. (2022). How-to conduct a systematic literature review: A quick guide
for computer science research. MethodsX, 9, 101895. https://doi.org/10.1016/j.mex.2022.101895
Cevallos-Culqui, A., Pons, C., & Rodriguez, G. (2023).
Semi-supervised learning models for document classification: A systematic
review and meta-analysis. Inteligencia Artificial, 26(72),
81–111. https://doi.org/10.4114/intartif.vol26iss72pp81-111
Chaudhari, A. K., Das, S., Dwivedi, A., &
Dubey, N. K. (2023). Application
of chitosan and other biopolymers based edible coatings containing essential
oils as green and innovative strategy for preservation of perishable food
products: A review. International Journal Of Biological Macromolecules, 253,
127688. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127688
Chausali, N., Saxena, J., & Prasad, R. (2022).
Recent trends
in nanotechnology applications of bio-based packaging. Journal Of
Agriculture And Food Research, 7, 100257. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2021.100257
Cobo, M., López-Herrera, A., Herrera-Viedma, E.,
& Herrera, F. (2011). An
approach for detecting, quantifying, and visualizing the evolution of a
research field: A practical application to the Fuzzy Sets Theory field. Journal Of
Informetrics, 5(1), 146-166. https://doi.org/10.1016/j.joi.2010.10.002
Correia, L. F., Da Silva Pinho, G., Da Cruz Neves,
T. J., De Oliveira Vieira, K. C., Maddela, N. R., Prasad, R., &
Winkelströter, L. K. (2024). Nanotechnology innovation combined with bacteriocins as
emerging strategy for the development of active and intelligent food packaging.
Sustainable Chemistry and Pharmacy, 39, 101551. https://doi.org/10.1016/j.scp.2024.101551
De Kock, L., Sadan, Z., Arp, R., & Upadhyaya, P. (2020). A
circular economy response to plastic pollution: Current policy landscape and
consumer perception. South African Journal of Science, 116(5/6). https://doi.org/10.17159/sajs.2020/8097
Evyan, Y., Liew, Patricia, J., Chong, M., & Zairul, Z.
(2022). Biodegradable food packaging and film: a short review. Food Research,
6(S1), 1-12. https://doi.org/10.26656/fr.2017.6(s1).007
Garavand, F., Cacciotti, I., Vahedikia, N., Rehman, A.,
Tarhan, Ö., Akbari‐Alavijeh, S., Shaddel, R., Rashidinejad, A., Nejatian,
M., Jafarzadeh, S., Azizi‐Lalabadi, M., Khoshnoudi‐Nia, S., &
Jafari, S. M. (2020). A comprehensive review on the nanocomposites loaded with
chitosan nanoparticles for food packaging. Critical Reviews in Food Science
and Nutrition, 62(5), 1383–1416. https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1843133
Ge, J., Lu, W., Zhang, H., Gong, Y., Wang, J., Xie, Y., Chang,
Q., & Deng, X. (2024). Exploring sustainable food packaging: Nanocellulose
composite films with enhanced mechanical strength, antibacterial performance,
and biodegradability. International Journal Of Biological Macromolecules,
259, 129200. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129200
Gervasoni, L. F., Gervasoni, K., De Silva, K.,
Mendeş, M., Maddela, N. R., Prasad, R., & Winkelströter, L. K. (2023).
Postbiotics in
active food packaging: The contribution of cellulose nanocomposites. Sustainable
Chemistry and Pharmacy, 36, 101280. https://doi.org/10.1016/j.scp.2023.101280
Gumusburun, G. A., & Anaç, M. (2024). A Comprehensive
Analysis of the Barriers to Effective Construction and Demolition Waste
Management: A Bibliometric Approach. Cleaner Waste Systems, 100141. https://doi.org/10.1016/j.clwas.2024.100141
Halba, K., Griffor, E., Lbath, A., & Dahbura, A. (2023).
IoT Capabilities Composition and Decomposition: A Systematic Review. IEEE
Access, 11, 29959-30007. https://doi.org/10.1109/access.2023.3260182
Hatta, F. A. M., Ali, Q. A. M., Kashim, M. I. A. M., Othman,
R., Mutalib, S. A., & Nor, N. H. M. (2023). Recent Advances in Halal
Bioactive Materials for Intelligent Food Packaging Indicator. Foods, 12(12),
2387. https://doi.org/10.3390/foods12122387
Krishna, A. R., Gurumoorthy, S., Elayappan, P., Sakthivadivel,
P., Kumaran, S., & Pushparaj, P. (2022). A Review on the Application of
Nanotechnology in Food Industries. Current Research In Nutrition And Food
Science, 10(3), 871-883. https://doi.org/10.12944/crnfsj.10.3.5
Mayuri, T., Shukla, R., & Balaji, J. (2022). Biobased Food Packaging
Materials: Sustainable Alternative to Conventional Petrochemical Packaging
Materials: A Review. Journal Of Dairying, Foods & Home Sciences/Journal
Of Dairying Foods & Home Sciences, Of. https://doi.org/10.18805/ajdfr.dr-1841
Mengist, W., Soromessa, T., & Legese, G.
(2020). Method
for conducting systematic literature review and meta-analysis for environmental
science research. MethodsX, 7, 100777. https://doi.org/10.1016/j.mex.2019.100777
Mies, M. (2024). Empirical research on banks’ risk disclosure:
Systematic literature review, bibliometric analysis and future research agenda.
International Review Of Financial Analysis (Online)/International Review Of
Financial Analysis, 103357. https://doi.org/10.1016/j.irfa.2024.103357
Mustafa, F., & Andreescu, S. (2020). Nanotechnology-based
approaches for food sensing and packaging applications. RSC Advances, 10(33),
19309–19336. https://doi.org/10.1039/d0ra01084g
Namasivayam, N. S. K. R., John, A., S, A. B. R., Kavisri, N.
M., & Moovendhan, N. M. (2022). Biocompatible formulation of cationic
antimicrobial peptide Polylysine (PL) through nanotechnology principles and its
potential role in food preservation — A review. International Journal Of
Biological Macromolecules, 222, 1734-1746. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.09.238
Nanda, A., Pandey, P., Rajinikanth, P., & Singh, N.
(2024b). Revolution of nanotechnology in food packaging: Harnessing electrospun
zein nanofibers for improved preservation - A review. International Journal
Of Biological Macromolecules, 260, 129416. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129416
Nanda, A., Pandey, P., Rajinikanth, P., & Singh, N.
(2024c). Revolution of nanotechnology in food packaging: Harnessing electrospun
zein nanofibers for improved preservation - A review. International Journal
Of Biological Macromolecules, 260, 129416. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129416
Nanda, A., Pandey, P., Rajinikanth, P., & Singh, N.
(2024d). Revolution of nanotechnology in food packaging: Harnessing electrospun
zein nanofibers for improved preservation - A review. International Journal
Of Biological Macromolecules, 260, 129416. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129416
Negro, P., & Pons, C. (2022). Artificial Intelligence
techniques based on the integration of symbolic logic and deep neural networks:
A systematic review of the literature. Inteligencia Artificial, 25(69),
13-41. https://doi.org/10.4114/intartif.vol25iss69pp13-41
Omerović, N., Djisalov, M., Živojević, K.,
Mladenović, M., Vunduk, J., Milenković, I., Knežević, N. Ž.,
Gadjanski, I., & Vidić, J. (2021). Antimicrobial nanoparticles and
biodegradable polymer composites for active food packaging applications. Comprehensive
Reviews In Food Science And Food Safety, 20(3), 2428-2454. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12727
Page, M. J., McKenzie, J. E., Bossuyt, P. M., Boutron,
I., Hoffmann, T. C., Mulrow, C. D., Shamseer, L., Tetzlaff, J. M., Akl, E. A.,
Brennan, S. E., Chou, R., Glanville, J., Grimshaw, J. M., Hróbjartsson, A.,
Lalu, M. M., Li, T., Loder, E. W., Mayo-Wilson, E., McDonald, S., . . . Moher,
D. (2021). The PRISMA 2020 statement: An updated guideline for reporting
systematic reviews. International Journal Of Surgery, 88, 105906. https://doi.org/10.1016/j.ijsu.2021.105906
Perevochtchikova, M., De la Mora-De la Mora, G.,
Flores, J. Á. H., Marín, W., Flores, A. L., Bueno, A. R., & Negrete, I. A.
R. (2019). Systematic
review of integrated studies on functional and thematic ecosystem services in
Latin America, 1992–2017. Ecosystem Services, 36, 100900. https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2019.100900
Rahim, H. U., Allevato, E., Radicetti, E., Carbone, F., &
Stazi, S. R. (2023). Research Trend of Aging Biochar for Agro-environmental
Applications: a Bibliometric Data Analysis and Visualization of the Last Decade
(2011–2023). Journal Of Soil Science And Plant Nutrition, 23(4), 4843-4855. https://doi.org/10.1007/s42729-023-01456-4
Ranjha, M. M. A. N., Shafique, B., Rehman, A., Mehmood, A.,
Ali, A., Zahra, S. M., Roobab, U., Singh, A., Ibrahim, S. A., & Siddiqui,
S. A. (2022). Biocompatible Nanomaterials in Food Science, Technology, and
Nutrient Drug Delivery: Recent Developments and Applications. Frontiers In
Nutrition, 8. https://doi.org/10.3389/fnut.2021.778155
Rather, A. H., Wani, T. U., Khan, R. S., Pant, B., Park, M.,
& Sheikh, F. A. (2021). Prospects of Polymeric Nanofibers Loaded with
Essential Oils for Biomedical and Food-Packaging Applications. International
Journal Of Molecular Sciences, 22(8), 4017. https://doi.org/10.3390/ijms22084017
Reichert, C. L., Bugnicourt, E., Coltelli, M., Cinelli, P.,
Lazzeri, A., Canesi, I., Braca, F., Martínez, B. M., Alonso, R., Agostinis, L.,
Verstichel, S., Six, L., De Mets, S., Gómez, E. C., Ißbrücker, C., Geerinck,
R., Nettleton, D., Campos, I., Sauter, E., . . . Schmid, M. (2020). Bio-Based
packaging: materials, modifications, industrial applications and
sustainability. Polymers, 12(7), 1558. https://doi.org/10.3390/polym12071558
Richard, N. S. (2022). Edible coatings and the need for
biodegradable polymers with focus on dairy products. Online Journal Of
Animal And Feed Research. https://doi.org/10.51227/ojafr.2022.23
Román, M., Nechita, P., Vasile, A., &
Ceoromila, A. (2023). Barrier
and antimicrobial properties of coatings based on xylan derivatives and
chitosan for food packaging papers. Coatings, 13(10), 1761. https://doi.org/10.3390/coatings13101761
Romero-Riaño, E., Galeano-Barrera, C. J.,
Londoño-Gonzáles, I. A., Guerrero-Santander, C. D., & Martínez-Ardila, H.
E. (2022). 20 años de investigación en desempeño de los sistemas de innovación:
un análisis de la estructura conceptual. Revista Ingenio, 19(1), 1-8. https://doi.org/10.22463/2011642x.2680
Rout, S. S., & Pradhan, K. C. (2024). A review on antimicrobial
nano-based edible packaging: Sustainable applications and emerging trends in
food industry. Food Control, 163, 110470. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2024.110470
Sarfraz, M. H., Hayat, S., Siddique, M. H., Aslam, B., Ashraf,
A., Saqalein, M., Khurshid, M., Sarfraz, M. F., Afzal, M., & Muzammil, S.
(2024). Chitosan based coatings and films: A perspective on antimicrobial,
antioxidant, and intelligent food packaging. Progress In Organic Coatings,
188, 108235. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108235
Sarkar, S., Manna, S., Das, S., De, S., Paul, P.,
Dua, T. K., Sahu, R., & Nandi, G. (2023). Current status of marine animal derived
polysaccharides in sustainable food packaging. ACS Food Science &
Technology,
3(11), 1877–1889. https://doi.org/10.1021/acsfoodscitech.3c00251
Sarmiento-Ramírez, Y., Muñoz-Arroyave, E. A.,
Hechavaría-Pérez, J. R., López-Martínez, A., & Pérez-Cutiño, Y. (2023).
Competitividad de ciudades en el contexto latinoamericano: un análisis
bibliométrico y de redes sociales. Revista Española de Documentación
Científica, 46(2), e356. https://doi.org/10.3989/redc.2023.2.1974
Siddiqui, S. A., Khan, S., Mehdizadeh, M., Bahmid,
N. A., Adli, D. N., Walker, T. R., Perestrelo, R., & Câmara, J. S. (2023). Phytochemicals and
bioactive constituents in food packaging - A systematic review. Heliyon, 9(11),
e21196. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e21196
Tao, X., Wang, G., Wei, W., Su, J., Chen, X., Shi, M., Liao,
Y., Qin, T., Wu, Y., Lu, B., Liang, H., Ye, L., & Jiang, J. (2024). A
bibliometric analysis of m6A methylation in viral infection from 2000 to 2022.
Virology Journal, 21(1). https://doi.org/10.1186/s12985-024-02294-1
Urrútia, G., & Bonfill, X. (2010). Declaración PRISMA: una
propuesta para mejorar la publicación de revisiones sistemáticas y
metaanálisis. Medicina Clínica, 135(11), 507-511. https://doi.org/10.1016/j.medcli.2010.01.015
Vieira, I. R. S., De de Carvalho, A. P. A., &
Conte‐Junior, C. A. (2022). Recent advances in biobased and biodegradable
polymer nanocomposites, nanoparticles, and natural antioxidants for
antibacterial and antioxidant food packaging applications. Comprehensive
Reviews In Food Science And Food Safety, 21(4), 3673-3716. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12990
Wen, F., Li, P., Yan, H., & Su, W. (2023). Turmeric carbon quantum
dots enhanced chitosan nanocomposite films based on photodynamic inactivation
technology for antibacterial food packaging. Carbohydrate Polymers, 311,
120784. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.120784
Zhang, M., Biesold, G. M., Choi, W., Yu, J., Deng, Y.,
Silvestre, C., & Lin, Z. (2022). Recent advances in polymers and polymer
composites for food packaging. Materials Today, 53, 134-161. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2022.01.022
Zhang, Y., Ling, S., Chen, Y., Qin, X., Wang, K., Zhu, Q.,
& Liu, Y. (2024). Application of Ag/Tannic acid-FeIII nanocomposite as
multifunctional bacteriostatic to enhance the performance of
chitosan/gelatin/polyvinyl alcohol complex films. Food Hydrocolloids, 147,
109302. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.109302