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WO2018018173A1 - Papel bioactivo que comprende como base un papel algal, el que está compuesto por fibras secundarias de celulosa en combinación con biomasa de algas pardas; y un extracto antimicrobiano, obtenido de algas pardas, el cual es adicionado al papel algal - Google Patents

Papel bioactivo que comprende como base un papel algal, el que está compuesto por fibras secundarias de celulosa en combinación con biomasa de algas pardas; y un extracto antimicrobiano, obtenido de algas pardas, el cual es adicionado al papel algal Download PDF

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Publication number
WO2018018173A1
WO2018018173A1 PCT/CL2017/050036 CL2017050036W WO2018018173A1 WO 2018018173 A1 WO2018018173 A1 WO 2018018173A1 CL 2017050036 W CL2017050036 W CL 2017050036W WO 2018018173 A1 WO2018018173 A1 WO 2018018173A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
paper
bioactive
algal
algae
brown algae
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CL2017/050036
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Cristian AGURTO MUÑOZ
Regis TEIXEIRA MENDONÇA
Miguel PEREIRA SOTO
Nicolas TRONCOSO LEON
Alvaro VALDEBENITO PEREIRA
Sergio SAN MARTÍN PARRAGUEZ
Jorge FARIAS CAMPOS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidad de Concepcion
Original Assignee
Universidad de Concepcion
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad de Concepcion filed Critical Universidad de Concepcion
Priority to BR112019001673-2A priority Critical patent/BR112019001673B1/pt
Publication of WO2018018173A1 publication Critical patent/WO2018018173A1/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N25/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, characterised by their forms, or by their non-active ingredients or by their methods of application, e.g. seed treatment or sequential application; Substances for reducing the noxious effect of the active ingredients to organisms other than pests
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    • A01N25/34—Shaped forms, e.g. sheets, not provided for in any other sub-group of this main group
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/10—Mixtures of chemical and mechanical pulp
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/14—Secondary fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/21—Macromolecular organic compounds of natural origin; Derivatives thereof
    • D21H17/24—Polysaccharides
    • D21H17/30—Alginic acid or alginates

Definitions

  • the present invention can be applied in the area of industrial and agricultural, more specifically the product can be used in the protection of fruits and vegetables against oxidative stress of the air, bacterial attack and mainly against phytopathogenic fungi, allowing the prevention of damage during storage and transport stages.
  • the packages are vain elements that depend on the type of product to be protected, the place of destination and its costs. In this sense, wood packaging, different types of plastics (rigid, flexible and foamed) and cellulose derivatives such as cardboard and paper are manufactured (FAO, 2016). Choosing the right packaging is a key factor, which is why it has motivated efforts to investigate and develop better packaging systems.
  • Thermoplastic materials allow the development of versatile packaging, but these have been affected by the validity of environmental policies in favor of recycling, sustainability and biodegradable elements. This has generated an apparent advantage to the use of packaging from paper and other cellulose derivatives, since they can come from secondary (recycled) sources, but are per se biodegradable and sustainable.
  • the main phytopathogenic microorganisms are fungi, such as Botrytis cinerea, Penicillium expansum, Alternar ⁇ a altérnate and Pez / cu / a malicorticis with dire results for the economy (Prusky, 2011; Coulomb 2008; Vargas 2007).
  • Gray mold (B. cinérea) affects more than 200 crop species in the world during the post-harvest period, including; grapes, apples, pears and strawberries, among others (Elad & Shtienberg, 1995). This fungus is complex because it has the ability to grow inside the boxes stored at low temperatures.
  • Synthetic chemical agents are used to control this and other pathogens, such as: benzimidazoles, dithiocarbamates, strobilurines, guanidines, imidazoles, triforine piperazines, pyrimidines, phthalimides, sulfamines and triazoles (Njombolwana et al, 2013; Everett et al, 2005) .
  • benzimidazoles dithiocarbamates
  • strobilurines guanidines
  • imidazoles imidazoles
  • triforine piperazines pyrimidines
  • phthalimides phthalimides
  • sulfamines and triazoles Triazoles
  • Patent WO2015044821 Al (Kimberly-Clark Worldwide, Inc): "Tree-free fiber compositions and uses in containerboard packaging”.
  • the purpose of the patent is to protect a method for the production of corrugated cardboard packaging products that includes at least one layer of cardboard pulp based on tree pulp and at least one corrugated layer in the middle that includes pulp-free material of trees.
  • Tree pulp free material is present in an amount of approximately 5% to 100%.
  • This material can be a wheat straw paste and red algae paste of the genus Gelidium corresponding to the species G. corneum, G. amansii, G. robustum, G. chilensey G. asperum.
  • Patent WO2008131720 (Wendler et al.): "Method for the production of a bioactive cellulose fiber with a high degree of brightness”.
  • the invention relates to a method for the production of cellulose molded bodies according to the wet-dry extrusion method with high degree of gloss and bioactive action for use in the textile sector and paper production.
  • bioactive refers to antimicrobial efficacy, based on the antibacterial action of the silver element, which is used as a nanoscalable reagent to increase their efficacy. It is chemically inert and, at the same time, has a bactericidal effect to be used in the production of sportswear and leisure with a high degree of brightness and papers with a prolonged useful life. It is possible to use in the medical sector, for example, for dressing, textiles for hospitals and in the packaging and filter industry.
  • Patent WO2012114045 (Arjo Wiggins Fine Papers Limited): "Methods for preparing paper pulp and for manufacturing paper from seaweed powder”.
  • the invention relates to a method for preparing paper pulp from seaweed powder.
  • the method comprises at least the following steps: (a) the powder is prepared by drying seaweed or floating cellulose resulting from seaweed treatment at a temperature below 150 ° C until the seaweed or floating cellulose has a moisture content in the range of 1 to 20% by weight (b) grinding of the seaweed or floating cellulose in order to obtain a powder with a particle size in the range of 5 to 100 ⁇ (c) mix pre-cooked seaweed powder with water and with wood or plant cellulose fibers, the algae powder is at least 20% of the total mix.
  • Said pulp can be used for the manufacture of paper that has a high opacity and a uniform surface and without inclusions.
  • the invention discloses a method for the manufacture of paper pulp by using brown seaweed.
  • the method comprises the following steps: (a) The brown seaweed is treated by acids diluted with sodium acetylide, in addition to other basic extractants (b) the sodium acetylide solution is added with other auxiliary agents which allows solidification of the pulp in gelatinous fibers (c) these fibers are converted into pulp for paper production by conventional methods.
  • Sulphurous anhydride generator The product is designed to prevent the appearance of cinematic Botrytis inside boxes for the transport of fresh table grapes. It is a device, which must be arranged between sheets of absorbent paper, composed of sheets of paper and polyethylene, between which sodium matabisulfite (Na 2 S 2 0s) is inserted, which, when coming into contact with moisture, releases sulfurous anhydride (S0 2) in gas form. (Propel, 2016; Infruta SA, 2016).
  • FreshPaper The product is a biodegradable and recyclable paper that absorbs moisture to keep products of vegetable origin, particularly fruits, for longer within domestic refrigeration systems (Fenugreen, 2016) 3.
  • Sentinel It is an international consortium focused on developing bioactive roles to combat diseases transmitted by bacteria present in foods capable of affecting the health of consumers. The development of paper towels is proposed to clean surfaces that are in contact with potentially contaminated food, which can also detect the presence of pathogenic bacteria (FIBRE, 2016).
  • Figure 1 Finished product.
  • Figure 2 Comparison of antioxidant capacity.
  • Figure 3 Comparison of antibacterial capacity.
  • Figure 4 Comparison of antifungal capacity.
  • Figure 5 Comparison over time of the level of protection on apples.
  • the present technology corresponds to a paper with biologically active properties, made from renewable sources.
  • the product can be used to protect fruits and vegetables against oxidative stress of the air, bacterial attack and mainly against phytopathogenic fungi, allowing the prevention of damage during storage and transport.
  • This bioactive paper comprises as a base an algal paper, which is composed of secondary cellulose fibers in combination with brown algae biomass, in addition to an antimicrobial extract also obtained from brown algae, which is added to the algal paper.
  • secondary cellulose fibers are used in combination with brown algae selected from Lessonia spicata, Durvillaea Antarctica, and Macrocystis pyrifera.
  • the ratio used by both parties is from 3: 2 to 9: 1 (p / p).
  • a bioactive mixture from the extracts of the brown algae Macrocystis pyrifera, Lessonia spicata and Dyctiota kunthii is added to the base material.
  • a pretreatment is carried out that involves cleaning, cold drying and grinding of each of these algae, then they are mixed in varying proportions between 10-20%, 25-40% and 30-60 %, respectively.
  • the compounds are extracted using an apolar solvent in a ratio between 1: 22 - 1:48 of biomass and solvent (w / v), then the extracts are concentrated at a concentration of 5-10 times
  • the papermaking process from secondary fibers, comprises at least the following stages in accordance with the standard industrially established process, with some modifications: a. Obtaining reactive pulp: The first stage of production involves the formation of an initial pulp of secondary fiber and algal biomass, at a rate of 3: 2 to 9: 1 (w / w) and a large amount of hot water. This paste is introduced into a tank where it is rotated to release the fibers. b. Washing of the paste (destined): Optionally when the secondary fiber shows the rest of the impression, a destined one must be carried out, which involves multiple washes to extract 99% or more of the ink adhered to the fibers. For this, a fatty acid soap is applied inside the container containing the dirty paste.
  • the soap releases the ink from the fibers, also applying compressed air from the bottom of the container, to generate soap bubbles that attract the released ink particles. These bubbles with adhered ink ascend to the surface of the water to form a dirty foam, which is removed. The procedure is repeated until the paste is completely purified. Some bleaching of the paste may be required to stabilize its whiteness to a uniform and constant level.
  • Admission box The paste is 99% water and 1% fiber. Large volume of water is needed to prevent flocculation of the fibers. Otherwise, the sheet of paper will have poor formation. To avoid this, turbulence is generated in the intake box.
  • the intake box distributes a controlled and regular flow of pulp to the next part of the paper machine to start forming the paper sheet.
  • Sheet formation The stage takes place in a flat paper or double fabric machine, where the pulp suspension is moved from the intake box to the fabric section by a controlled and constant flow.
  • the fabric is a mesh with fine holes in which the drainage of the suspension begins, which moves at approximately the same speed at which the suspension enters.
  • a second fabric processes the upper part of the suspension. The use of turbulence and aspiration favors the drainage of the upper side of the suspension, unifying the distribution of fibers and reducing the difference between the faces.
  • the fabric section increases the degree of dryness from 1 to 16-19%.
  • Pressed paper sheet The paper, with high water content, goes through a series of large steel rollers that compress it, expelling the water.
  • the paper sheet is fastened between layers of absorbent felt as it passes between the rollers.
  • the felt acts as a blotting paper in the absorption of water, while some vacuum boxes remove the water from the felt before meeting the paper sheet again.
  • the degree of dryness is over 40-50%.
  • Drying of paper sheet To set the final degree of moisture in the paper, water is removed by evaporation.
  • the drying stage includes a series of steam-heated cylinders on which the sheet of paper passes. The cylinders are arranged so that they first contact one side of the paper and then the other to ensure their homogeneous dehydration.
  • the papers obtained have physical-mechanical characteristics similar to those of other paper products, when determining their weight values are obtained between 36.7 to 42.67g nr 2 , the specific volume has values between 1.81 and 1.86 cm 3 g _1 , the explosion index has values between 1.41 and 2.3, the tear index exhibits values between 5.6 and 7.2, finally the tension index showed values between 26.6 and 45.94. All values showed a low standard deviation reflecting that it is a mechanically homogeneous product.
  • the main characteristic from a physical point of view is the homogeneity of the mixture, which allows it to obtain an optimal mechanical property of tension with a value greater than 30 which makes this product technically feasible to produce with the machinery currently available in the industry wastebasket with low modifications and without altering the process itself too much.
  • the main distinguishing feature on other existing products are their biologically active properties such as antioxidant capacity, activity against the growth of bacteria such as Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and P. syringae, but above all it stands out in the ability to inhibit growth of the phytopathogenic fungi Botrytis cinerea, Alternar ⁇ a altérnate and PenicMium genus. All these properties characterized by physical-mechanical, spectrophotometric and biological tests.
  • the paper used commercially today has no antioxidant capacity and has very low antimicrobial activity.
  • the bioactive paper presented in this technology presents a synergy of activities that is not given by the paper alone, nor by the mixture of extracts.
  • this product By producing bioactive algal papers to protect fruits and vegetables from the attack of phytopathogenic microorganisms or against oxidative stress present in the air, this product contributes to non-traditional use of macroalgal biomass, diversifying its economic matrix, in addition the product itself promotes recycling when making use of secondary cellulose fibers for its elaboration. Finally, it is a 100% biodegradable material that does not present the restrictions of the plastic products used, for example, to protect export fruits.
  • the papermaking process comprises at least the following stages according to the standard established by Standards T 412 om-02, T 248 sp-00 and T 205 om-88 (TAPPI, 2008), with some modifications: a.
  • Obtaining reactive pulp First, the moisture content present in the algal biomass must be determined to be divided into particles with a size of 1 mm in length and then a paste of unrefined secondary fibers mixed with 10% humidity is mixed with pieces, in a ratio between 5: 1 (w / w), to form a mass of 30 g (dry weight) with the addition of water to
  • Sheet formation The sheet formation process began with the filling of a metal cylinder with water, coupled to a sifted mold and a drainage system, which makes up the sheet-forming system. The aliquots of 270 are poured into the system in addition to 5 L of water with constant agitation to finally be drained. The newly formed wet leaf was covered by a circular section of virgin pulp and on the latter, 2-4 square sections of extra thick virgin pulp were used, exerting pressure with a metal uslero to remove excess water. and. Pressed paper sheet: The composite sheet is mounted and adjusted to the base of a press by installing a metal disk plus a square section of extra thick virgin pulp on it.
  • the process is repeated achieving a set of 10 sequences of square section of virgin pulp, formed sheet and square section of virgin pulp again.
  • the press is closed and the pressing process started at a pressure of 50 Ib x in ⁇ 2 , gradually reaching the correct pressure within the first 40 seconds, maintained for 5 min.
  • the process was repeated by the reverse of the set of coupled sheets for 2 min at the same pressure with the same precaution.
  • F. Drying of paper sheet The components of the set from the press are separated and then transferred to the interior of ventilated metal rings, one on top of the other forming a drying tower which was left at room temperature between 24-36 h. Finally the sheets of algal paper are obtained.
  • the leaves obtained are subjected to a bath by immersion with a 2 mL of macroalgal extract, previously obtained, for 5 min at low temperature, on both sides. Finally they are dried at low temperature and in darkness for 36-48 hours.
  • the Figure is taken as a reference, which corresponds to the finished product and shows a sheet of paper based on a mixture of secondary fibers, algal biomass and algal extract, brown in color with the presence of small spots produced by algal biomass, with a diameter of 16 cm and a thickness of 72 pm.
  • the values obtained by the paper developed were the following; For the grammage property, values with an average of 39.2 ⁇ 2.1 g nr 2 were obtained , the specific volume had an average value of 1.84 ⁇ 0.01 cm 3 g _1 , the explosion index presented an average of 1.75 ⁇ 0.23, the tear index exhibited an average of 6.17 ⁇ 0.54, finally the stress index showed an average value of 39.33 ⁇ 4.71. All values showed a low standard deviation reflecting that it is a mechanically homogeneous product, although visually it looks heterogeneous. The values achieved by the paper developed make its technical feasibility possible, since it has similar values to other products available in the market for similar applications.
  • the results show that the algal extract has a lower antioxidant capacity than that obtained by the fruit sulphite paper with a TEAC of 0.005 ⁇ 0.0018 and 0.0089 ⁇ 0.0007 pmol of TE g _1 , respectively.
  • the bioactive algal paper paper algal extract algal more developed present a slightly higher value (TEAC of 0.0378 ⁇ 0.002 pmol TE 1 g paper) to paper without algal extract (TEAC 0.0353 ⁇ 0 0011 pinol of TE g _1 of paper)
  • TEAC TEAC 0.0353 ⁇ 0 0011 pinol of TE g _1 of paper
  • Figure 2 shows the values achieved, where the value obtained by the developed paper presents statistically differences significant (HSD Tukey p ⁇ 0.001) with respect to the algal extract and especially in comparison with the fruit sulphite paper. This positive result demonstrates the potential use as a barrier capable of protecting fruits and vegetables against oxidative stress in the air.
  • nti bacteria na a diffusion disc test was carried out in Petri dishes with Mueller-Hinton Agar culture medium and inoculated with 100 pL of bacterial culture at 10 5 U FC mi -1 . Then, 6 mm diameter discs obtained from the developed paper, Gentamicin discs and fruit sulfite paper discs were arranged as control groups. The bacterial strains used were: Escherichia coli (K12), Pseudomonas aeruginosa (PA01) and Pseudomonas psyringae (DC300). Finally, the plates were incubated aerobically at 37 ° C ⁇ 1 ° C for 36 hours.
  • the fungal strains used were: Botrytis cinerea (Bo C12), Penicillium sp. (RGM 902) and Alternar ⁇ a altérnate (RGM 408). Finally, the plates were incubated aerobically at 25 ° C ⁇ 1 ° C for 6 days. The results show the presence of fungal growth inhibition halos of diameter 7 to 19.3 mm.
  • Figure 4 shows the specific results against the phytopathogenic fungi tested.
  • the control performed with fruit sulphite paper discs did not show fungal growth inhibitory activity, since the discs were covered by fungi.
  • the values obtained show that the paper developed has an antifungal capacity of 11.63 ⁇ 1.39 mm with a maximum of 12.51 ⁇ 1.04 reached against B. cinerea and a minimum of 10.43 ⁇ 0.61 mm achieved against Penicillium sp., Therefore, promotes its use to protect fruits and vegetables susceptible to attack by these phytopathogens.
  • Example 3 Validation of the use of bioactive algal papers on fruit.
  • Apples were grouped into 3 experimental groups: unprotected, protected with fruit sulphite paper and bioactive algal paper, which in turn were divided into 4 subgroups, obtaining 12 treatments with 4 replicates each.
  • the treatments consisted of apples without intervention used to evaluate the microbial load of the garden, in others 2 standard incisions were generated on each of the apples to simulate the deterioration of the fruit by blows, in others the apples were inoculated with spores of Botrytis cinerea to evaluate the viability of the pathogen on the fruit and finally some included incisions and inoculum in order to promote the most favorable condition for the growth of the pathogen B. cinérea becoming the most adverse condition for apples (Table 1).
  • the apples were arranged in trays for 25 units, using 3 trays per box, in a total of 4 boxes, completing 300 apples per treatment.
  • the boxes were grouped together in a pallet and stored at 1.5 ⁇ 1.5 ° C with a relative air humidity of 92.9 ⁇ 1.6% for 90 days. Then the pallet was incubated at 13.2 ⁇ 2.6 ° C with a relative humidity of 91.3 ⁇ 2.7% air for 12 days to favor the growth of pathogens, completing 102 days of experimentation.
  • group C composed of treatments 1, 3, 5, 7, 9 and 11 presented an average infection level of 2.9 ⁇ 1.4%, demonstrating the importance of good handling in the fruit, because despite the inoculum applied in 3 of the 6 treatments, the phytopathogen was not able to proliferate because the apples used did not present wounds or blows, maintaining the integrity of the skin which constitutes a difficult barrier to overcome for the pathogens.
  • treatments 2, 6 and 10 because they presented an increase in more than 6 times the level of infection observed in group C.

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Abstract

La presente tecnología comprende un papel bioactivo compuesto por fibras secundarias de celulosa en combinación con biomasa de algas pardas, y un extracto antimicrobiano, obtenido de algas pardas. También se presenta el proceso para producir este papel bioactivo y su uso para proteger frutas y vegetales contra el estrés oxidativo del aire, el ataque bacteriano y principalmente frente a hongos fitopatógenos, permitiendo la prevención de daños durante su almacenamiento y transporte.

Description

PAPEL BIOACTIVO QUE COMPRENDE COMO BASE UN PAPEL ALGAL, EL QUE ESTÁ COMPUESTO POR FIBRAS SECUNDARIAS DE CELULOSA EN COMBINACIÓN CON BIOMASA DE ALGAS PARDAS; Y UN EXTRACTO ANTIMICROBIANO, OBTENIDO DE ALGAS PARDAS, EL CUAL ES ADICIONADO AL PAPEL ALGAL
Sector Técnico
La presente invención puede ser aplicada en el área de la industrial y agrícola, más específicamente el producto puede ser utilizado en la protección de frutas y verduras contra el estrés oxidativo del aire, el ataque bacteriano y principalmente frente a hongos fitopatógenos, permitiendo la prevención de daños durante las etapas de almacenamiento y transporte.
Técnica anterior
Los embalajes son elementos vanados que dependen del tipo de producto a proteger, del lugar de destino y de sus costos. En este sentido se fabrican embalajes de madera, diferentes tipos de plásticos (rígidos, flexibles y espumados) y derivados de celulosa como cartón y papel (FAO, 2016). La elección del embalaje adecuado es un factor clave, razón por la cual ha motivado esfuerzos en investigar y desarrollar mejores sistemas de embalaje. Los materiales termoplásticos permiten la elaboración de embalajes versátiles, pero éstos se han visto afectados por la vigencia de políticas medioambientales en pro del reciclaje, la sustentabilidad y elementos biodegradables. Esto ha generado una ventaja aparente al uso de embalaje a partir de papel y otros derivados de la celulosa, ya que, pueden provenir de fuentes secundarias (reciclados), per se son biodegradables y sustentables.
La comercialización de frutas frescas depende de la prevención de daños durante toda la cadena productiva; cosecha, almacenamiento, embalaje, comercialización y transporte (Nunes et al, 2009). La industria frutícola hace uso de una gran cantidad de elementos para el embalaje para sus frutos, no obstante, sin importar el tipo de embalaje muchos de los problemas son independientes al material o diseño empleado en su elaboración. El transporte de frutas es complejo, pues respiran y maduran, por esta razón muchos de los problemas se deben a cambios en las condiciones ambientales al interior de cámaras de almacenamiento. Un mal manejo de estos factores, puede derivar en pudrición producida por fitopatógenos oportunistas, ya que, en general los embalajes ofrecen protección contra golpes, raspaduras o aislación térmica, pero no contra microorganismos.
A modo de ejemplo la industria frutícola chilena pierde anualmente entre el 3 y 5 % del total de las exportaciones de fruta fresca debido exclusivamente al ataque de fitopatógenos postcosecha. Si consideramos que las exportaciones chilenas durante la temporada 2014-2015 fueron de 2.399.976 toneladas de fruta, las pérdidas económicas son millonarias (ODEPA, 2016).
Los principales microorganismos fitopatógenos son hongos, tales como Botrytis cinérea, Penicillium expansum, Alternaría altérnate y Pez/cu/a malicorticis con resultados nefastos para la economía (Prusky, 2011; Coulomb 2008; Vargas 2007). El moho gris (B. cinérea) afecta a más de 200 especies de cultivo en el mundo durante el periodo de post-cosecha, incluyendo; uvas, manzanas, peras y frutillas, entre otras (Elad & Shtienberg, 1995). Este hongo es complejo pues tiene la capacidad de crecer al interior de las cajas almacenadas a bajas temperaturas. Para el control de este y otros patógenos son empleados agentes químicos sintéticos, tales como: benzimidazoles, ditiocarbamatos, estrobilurinas, guanidinas, imidazoles, piperazinas triforine, pirimidinas, ftalimidas, sulfaminas y triazoles (Njombolwana et al, 2013; Everett et al, 2005). No obstante, el uso de estos compuestos a largo plazo ha provocado que los microorganismos se vuelvan resistentes. Por otro lado, el uso de grandes volúmenes de estas sustancias químicas difíciles de degradar ha generado daño en el ambiente. En respuesta a estas problemáticas, los países importadores de fruta han establecido límites máximos de residuos químicos en los frutos (Ippolito & Nigro, 2000). La búsqueda de nuevos compuestos bioactivos antioxidantes y antimicrobianos ha motivado el estudio de las macroalgas como materia prima, debido a la riqueza química que poseen, demostrando ser una efectiva fuente natural de compuestos contra microorganismos tales como bacterias y hongos (Troncoso et al., 2015; Ali et al., 2012; Guedes et al., 2012; Stein et al., 2011; Felicio et al., 2010, Lañe et al., 2009). A su vez, existen algas como las de los géneros Rhizoclonium y Gracilaria que presentan fibras largas permitiendo la manufactura de papel. Por lo tanto, las fibras algales pueden incorporar características nuevas tanto estructurales como funcionales basadas en los compuestos bioactivos presentes en ellas. Considerando estos antecedentes, han existido diversos desarrollos tecnológicos enfocados a problemáticas similares relacionados con la creación de materiales que contemplan el uso de algas o derivados de estas como componentes capaces de incrementar o conferir presentaciones mecánicas o biológicas especiales. Dentro de las principales patentes de invención relacionadas a esta temática se encuentran:
1. Patente WO2015044821 Al (Kimberly-Clark Worldwide, Inc): "Tree-free fiber compositions and uses in containerboard packaging". La patente tiene por objeto la protección de un método para la elaboración de productos de embalaje tipo cartón corrugado que incluye al menos una capa de cartón de revestimiento basada en pulpa de árboles y al menos una capa acanalada en el medio que incluye material libre de pulpa de árboles. El material libre de pulpa de árboles está presente en una cantidad de aproximada de un 5 % a un 100%. Este material puede ser una pasta de paja de trigo y pasta de algas rojas del género Gelidium correspondiente a las especies G. corneum, G. amansii, G. robustum, G. chilensey G. asperum.
2. Patente WO2008131720 (Wendler et al.): "Method for the production of a bioactive cellulose fiber with a high degree of brightness". La invención se refiere a un método para la producción de cuerpos moldeados de celulosa según el método de extrusión húmedo-seco con alto grado de brillo y acción bioactiva para uso en el sector textil y la producción de papel. En el contexto de la invención, el término "bioactivo" se refiere a eficacia antimicrobiana, en base a la acción antibacteriana del elemento de plata, que se usa como reactivo nanoscalable para incrementar la eficacia de los mismos. Es inerte químicamente y, al mismo tiempo, posee un efecto bactericida para ser usado en la producción de ropa deportiva y ocio con un alto grado de brillo y papeles con una vida útil prolongada. Es posible el uso en el sector médico, por ejemplo, para apositos, textiles para hospitales y en la industria de envasado y de filtro.
3. Patente WO2012114045 (Arjo Wiggins Fine Papers Limited): "Methods for preparing paper pulp and for manufacturing paper from seaweed powder". La invención se refiere a un método para la preparación de pasta de papel a partir de polvo de algas marinas. El método comprende al menos los siguientes pasos: (a) el polvo se prepara por secado de algas o celulosa flotante resultante del tratamiento de algas marinas a una temperatura menor a 150°C hasta que el alga marina o celulosa flotante tiene un contenido de humedad en el intervalo de 1 a 20% en peso (b) molienda de la alga marina o celulosa flotante a fin de obtener un polvo con un tamaño de partícula en el intervalo de 5 a 100 μιη (c) mezclar polvo de algas marinas pre-cocida con agua y con fibras de celulosa de madera o plantas, el polvo de algas es al menos un 20% del total de la mezcla. Dicha pasta de papel se puede utilizar para la fabricación de papel que tiene una alta opacidad y una superficie uniforme y sin inclusiones.
Solicitud CN101289821 (Liu Huimin): "Paper pulp and paper sheets made form brown algae and making method thereof". La invención da a conocer un método para la fabricación de pulpa de papel mediante la utilización de alga parda. El método comprende los siguientes pasos: (a) La alga parda es tratada por ácidos diluidos con acetiluro de sodio, además de otros extractantes básicos (b) la solución de acetiluro de sodio es añadida con otros agentes auxiliares lo que permite la solidificación de la pulpa en fibras gelatinosas (c) estas fibras son convertidas en pulpa para la producción de papel mediante los métodos convencionales.
Respecto a productos disponibles en el mercado, enfocados en la temática establecida o proyectos que aspiran objetivos relacionados, podemos mencionar:
Generador de anhídrido sulfuroso: El producto está diseñado para prevenir la aparición de Botrytis cinérea al interior de cajas para el transporte de uvas de mesa fresca. Se trata de un dispositivo, que debe estar dispuesto entre hojas de papel absorbente, compuesto por láminas de papel y polietileno, entre las cuales se inserta matabisulfito de sodio (Na2S20s) que al entrar en contacto con la humedad libera anhídrido sulfuroso (S02) en forma de gas. (Propel, 2016; Infruta S.A., 2016).
FreshPaper: El producto es un papel biodegradable y reciclable que absorbe la humedad para mantener por más tiempo productos de origen vegetal, particularmente frutas, al interior de sistemas refrigeración domésticos (Fenugreen, 2016) 3. Sentinel: Es un consorcio internacional enfocado en desarrollar papeles bioactivos para combatir enfermedades transmitidas por bacterias presentes en alimentos capaces de afectar la salud de los consumidores. Se plantea el desarrollo de toallas de papel para limpiar superficies que se encuentren en contacto con alimentos potencial mente contaminados, las que además pueden detectar la presencia de bacterias patógenas (FIBRE, 2016).
4. Consorcio Itene: El Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística de la Unión Europea promueve la sostenibilidad en los ámbitos del envase y embalaje, logística, transporte y movilidad, destacando los siguientes proyectos: a) Proyecto Plantpack busca desarrollar un envase para proteger alimentos elaborados con alto contenido de grasas, como por ejemplo embutidos, quesos y otros precocinados, a partir de la incorporación de agar, alginato y carragenano obtenidos de algas marinas y fibras de almidón a papeles y cartones, y b) Proyecto Celubioactivepack: pretende desarrollar materiales biodegradables multicapa con base celulósica y recubrimientos biopoliméricos con capacidad antimicrobiana y antioxidante (ITENE, 2016).
A pesar de la presencia de estas tecnologías, aún existe la gran necesidad de contar con papeles bioactivos, que permitan proteger los productos en las etapas de transporte y distribución.
Breve descripción de las figuras Figura 1: Producto terminado. Figura 2: Comparación de la capacidad antioxidante. Figura 3: Comparación de la capacidad antibacteriana. Figura 4: Comparación de la capacidad antifúngica.
Figura 5: Comparación a través del tiempo del nivel de protección sobre manzanas.
Figura 6: Comparación del nivel de protección de manzanas en laboratorio.
Figura 7: Comparación del nivel de protección de manzanas en almacenamiento industrial. Divulgación de la Invención
La presente tecnología corresponde a un papel con propiedades biológicamente activas, elaborado a partir de fuentes renovables. El producto puede ser utilizado para proteger frutas y vegetales contra el estrés oxidativo del aire, el ataque bacteriano y principalmente frente a hongos fitopatógenos, permitiendo la prevención de daños durante su almacenamiento y transporte.
Este papel bioactivo comprende como base un papel algal, el que está compuesto por fibras secundarias de celulosa en combinación con biomasa de algas pardas, además de un extracto antimicrobiano obtenido también de algas pardas, el cual es adicionado al papel algal.
Como materiales base para la elaboración de este papel se emplean fibras secundarias de celulosa en combinación con algas pardas seleccionadas entre Lessonia spicata, Durvillaea antárctica, y Macrocystis pyrifera. La razón utilizada de ambas partes es de 3:2 a 9: 1 (p/p). Al material base se le agrega una mezcla bioactiva proveniente de los extractos de las algas pardas Macrocystis pyrifera, Lessonia spicata y Dyctiota kunthii. Para la obtención de esta mezcla de extractos, se realiza un pre tratamiento que involucra limpieza, secado en frió y molienda de cada una de estas algas, luego se mezclan en proporciones variables entre 10 - 20%, 25 - 40% y 30 - 60%, respectivamente. Luego, los compuestos son extraídos empleando un disolvente apolar en una relación entre 1 :22 - 1:48 de biomasa y disolvente (p/v), luego los extractos son concentrados a una concentración de 5 - 10 veces
El proceso de elaboración del papel, a partir de fibras secundarias, comprende al menos las siguientes etapas acordes con el proceso estándar establecido industrial mente, con algunas modificaciones: a. Obtención de pasta reactiva: La primera etapa de producción involucra la formación de una pasta inicial de fibra secundaria y biomasa algal, a razón de 3:2 a 9: 1 (p/p) y una gran cantidad de agua caliente. Esta pasta es introducida en un tanque donde se hace rotar para desprenden las fibras. b. Lavado de la pasta (destintado): Opcionalmente cuando la fibra secundaria presenta resto de impresión se debe realizar un destintado, el cual involucra múltiples lavados para extraer el 99% o más de la tinta adherida a las fibras. Para ello es aplicado un jabón de ácido graso dentro del recipiente que contiene la pasta sucia. El jabón desprende la tinta de las fibras, aplicando además aire comprimido desde el fondo del recipiente, para generar burbujas de jabón que atraen las partículas de tinta liberadas. Estas burbujas con tinta adherida ascienden hasta la superficie del agua para formar una espuma sucia, la cual es eliminada. El procedimiento se repite hasta depurar por completo la pasta. Puede requerirse cierto blanqueo de la pasta para estabilizar su blancura hasta un nivel uniforme y constante.
Caja de admisión: La pasta es un 99% agua y 1% de fibra. Se necesita gran volumen de agua para evitar la floculación de las fibras. En caso contrario, la hoja de papel presentará una formación deficiente. Para evitar esto se genera turbulencia en la caja de admisión. La caja de admisión distribuye un flujo controlado y regular de pasta a la siguiente parte de la máquina de papel para empezar a formar la hoja de papel.
Formación de hojas: La etapa tiene lugar en una máquina de papel plana o de doble tela, donde la suspensión de pasta se traslada desde la caja de admisión a la sección de tela mediante un flujo controlado y constante. La tela es una malla con orificios finos en la que se inicia el drenaje de la suspensión, la cual se desplaza aproximadamente a la misma velocidad a la cual ingresa la suspensión. Para evitar la formación de un papel con dos caras distintas, una segunda tela procesa la parte superior de la suspensión. El uso de turbulencia y aspiración favorecen el drenaje del lado superior de la suspensión, uniformizando la distribución de fibras y disminuyendo la diferencia entre las caras. La sección de tela incrementa el grado de sequedad del 1 al 16-19%.
Prensado de lámina de papel: El papel, con alto contenido de agua, atraviesa una serie de grandes rodillos de acero que lo comprimen, expulsando el agua. La lámina de papel es sujetada entre capas de fieltro absorbente al pasar entre los rodillos. El fieltro actúa como un papel secante en la absorción de agua, mientras que unas cajas de vacío extraen el agua de los fieltros antes de volver a encontrarse con la hoja de papel. Al final de la sección de prensado, el grado de sequedad se sitúa sobre el 40-50%. f. Secado de lámina de papel: Para fijar el grado final de humedad del papel se elimina agua por evaporación. La etapa de secado incluye una serie de cilindros calentados mediante vapor sobre los que pasa la hoja de papel. Los cilindros se disponen de modo que contactan primero con un lado del papel y luego con el otro para garantizar su homogénea deshidratación. g. Adición del extracto antimicrobiano: A las hojas obtenidas se les agrega el extracto obtenido previamente a través de un baño por inmersión, o por aspersión, a baja temperatura, por ambos lados. Finalmente son secados a baja temperatura y en oscuridad por 36 - 48 horas. La adición de la mezcla de extractos en la etapa final del proceso es debida a que si fueran incorporadas durante la mezcla inicial estos extractos afectarían las propiedades mecánicas del papel, y perderían sus propiedades bioactivas por dilución. Industrialmente es poco factible disponer de un gran volumen inicial de estas algas para alcanzar las concentraciones finales requeridas en el papel obtenido con dicho proceso.
Los papeles obtenidos presentan características físico-mecánicas similares a las de otros productos papeleros, al determinar su gramaje se obtiene valores entre 36,7 a 42,67g nr2, el volumen específico presenta valores entre 1,81 y 1,86 cm3 g _1, el índice de explosión presenta valores entre 1,41 y 2,3, el índice de rasgado exhibe valores entre 5,6 y 7,2, finalmente el índice de tensión mostró valores entre 26,6 y 45,94. Todos los valores presentaron una baja desviación estándar reflejando que se trata de un producto mecánicamente homogéneo. La principal característica desde un punto de vista físico es la homogeneidad de la mezcla lo que le permite obtener una óptima propiedad mecánica de tensión con un valor superior a 30 lo que hace de este producto técnicamente factible de producir con las maquinarias actualmente disponibles en la industria papelera con bajas modificaciones y sin alterar demasiado el proceso mismo.
La principal característica diferenciadoras sobre otros productos existentes son sus propiedades biológicamente activas como lo son la capacidad antioxidante, actividad contra el crecimiento de bacterias tales como Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa y P. syringae, pero por sobre todo destaca en la capacidad para inhibir el crecimiento de los hongos fitopatógenos Botrytis cinérea, Alternaría altérnate y del género PenicMium. Todas estas propiedades caracterizadas a través de ensayos físico- mecánicos, espectrofotométricos y biológicos.
El papel utilizado comercialmente hoy día, papel sulfito, no presenta capacidad antioxidante y posee actividad antimicrobiana muy baja. El papel bioactivo presentado en esta tecnología presenta una sinergia de actividades que no está dada por el papel solo, ni por la mezcla de extractos.
Al producir papeles algales bioactivos para proteger frutas y vegetales del ataque de microorganismos fitopatógenos o contra el estrés oxidativo presente en el aire, este producto contribuye con dar un uso no tradicional a biomasa macroalgal, diversificando su matriz económica, además el producto en sí promueve el reciclaje al hacer uso de fibras secundarias de celulosa para su elaboración. Finalmente se trata de un material 100% biodegradable que no presenta las restricciones propias de los productos plásticos empleados, por ejemplo, para dar protección a frutas de exportación.
Ejemplos de aplicación
Ejemplol: Fabricación de papeles algales bioactivos.
El proceso de elaboración del papel comprende al menos las siguientes etapas acordes con el estándar establecido por las Normas T 412 om-02, T 248 sp-00 y T 205 om-88 (TAPPI, 2008), con algunas modificaciones: a. Obtención de pasta reactiva: Primero se debe determinar el contenido de humedad presente en la biomasa algal para ser fraccionada en partículas con tamaño de 1 mm de longitud para luego ser mezclada con trozos una pasta de fibras secundarias sin refinar con una humedad de 10%, en proporción entre 5: 1 (p/p), hasta formar un masa de 30 g (peso seco) con adición de agua hasta
300 g, a continuación se inicia un proceso de refinado con 8000 pasadas en un molino PFI. b. Lavado de la pasta (destintado): en este caso se utilizaron fibras secundarias sin impresión, por lo cual no fue necesario el destintado de estas. c. Caja de admisión: Se inicia la etapa de rehidratación de la mezcla al interior de un homogeneizador helicoidal con un volumen de 400 ml_ de agua por 3 min. La mezcla semilíquida es traspasada al interior de un contenedor rectangular con capacidad para 10 L con agitación constante. A continuación son tomadas fracciones líquidas de 270 mL.
d. Formación de hojas: El proceso para la formación de hojas inició con el llenado de un cilindro metálico con agua, acoplado a un molde tamizado y un sistema de drenaje, lo cual compone al sistema de formación de hojas. Las alícuotas de 270 son vertidas al interior del sistema en adición de 5 L de agua con agitación constante para finalmente ser drenado. La hoja húmeda recién formada fue cubierta por una sección circular de pulpa virgen y sobre esta última fueron empleados de 2 - 4 secciones cuadradas de pulpa virgen extra gruesa, ejerciendo presión con un uslero metálico para remover el exceso de agua. e. Prensado de lámina de papel: La hoja compuesta es montada y ajustada a la base de una prensa instalando un disco metálico más una sección cuadrada de pulpa virgen extra gruesa sobre esta. El proceso se repite logrando un set de 10 sucesiones de sección cuadrada de pulpa virgen, hoja formada y sección cuadrada de pulpa virgen nuevamente. La prensa es cerrada y da inició el proceso de prensado a una presión de 50 Ib x in~2, alcanzando en forma gradual la presión correcta dentro de los primeros 40 segundos, mantenido por 5 min. Al término del periodo fue repetido el proceso por el reverso del set de hojas acopladas durante 2 min a igual presión con la misma precaución. f. Secado de lámina de papel: Son separados los componentes del set procedente de la prensa para luego ser transferidas al interior de anillos metálicos ventilados, unos sobre otros formando una torre de secado la cual fue dejada a temperatura ambiente entre 24 - 36 h. Finalmente son obtenidas las hojas de papel algal. g. Adición del extracto antimicrobiano: Las hojas obtenidas son sometidas a un baño por inmersión con una 2 mL de extracto macroalgal, previamente obtenido, por 5 min a baja temperatura, por ambos lados. Finalmente son secados a baja temperatura y en oscuridad por 36 - 48 horas.
Para una mejor comprensión de la invención se toma como referencia la Figura, la cual corresponde al producto terminado y da cuenta de una hoja de papel en base a mezcla de fibras secundarias, biomasa algal y extracto algal, de color café con presencia de pequeñas manchas producidas por la biomasa algal, con un diámetro de 16 cm y un espesor de 72 pm.
Ejemplo 2: Caracterización de los papeles algales bioactivos.
a) Determinación de las propiedades físico-mecánicas: Los valores fueron determinados empleando equipos estándar bajo las Normas T 402 om-88, T 410 om- 02, T 403 om-85, T 414 om-88 y T 494 om-01 (TAPPI, 2008) al interior de una sala climatizada a 23 ± 1 °C con un 50 ± 2 % de humedad relativa de aire. Previo a las mediciones los papeles fueron aclimatados durante 4 horas. Las propiedades determinadas fueron; gramaje, volumen específico, explosión, rasgado y tensión, estos 3 últimos se expresaron como índices, lo que permite realizar comparaciones con cualquier otro producto papelero. Se destaca la importancia del valor de tensión como uno de los factores más relevantes al momento de fabricar papeles, siendo un valor bajo 30 deficientes para un proceso industrial estándar.
Los valores obtenidos por el papel desarrollado fueron los siguientes; Para la propiedad de gramaje se obtuvo valores con un promedio de 39,2 ± 2,1 g nr2, el volumen específico tuvo un valor promedio de 1,84 ± 0,01 cm3 g _1, el índice de explosión presentó un promedio de 1,75 ± 0,23, el índice de rasgado exhibió un promedio de 6,17 ± 0,54, finalmente el índice de tensión mostró un valor promedio de 39,33 ± 4,71. Todos los valores presentaron una baja desviación estándar reflejando que se trata de un producto mecánicamente homogéneo, a pesar que visualmente se ve heterogéneo. Los valores alcanzados por el papel desarrollado hacen posible su factibilidad técnica, dado que, posee valores similares a otros productos disponibles en el mercado para aplicaciones similares. b) Determinación de la capacidad antioxidante: Esta propiedad fue verificada utilizando el método del radical catión ABTS'+ el cual consiste en medir la decoloración del radical a una longitud de onda de 734 nm por medio de un espectrofotometro (Dynamica, HALO SB-10 UV-Vis). La decoloración fue expresada como el porcentaje de inhibición en función de la concentración y del tiempo de reactividad de Trolox (ácido 6-hidroxi-2,5,7,8-tet-ramet¡chroman-2-carboxíl¡co) empleado como estándar. Los valores fueron expresados como Capacidad Antioxidante Equivalente a Trolox (TEAC). Los resultados muestran que el extracto algal posee una capacidad antioxidante menor que la obtenida por el papel sulfito frutero con un TEAC de 0,005 ± 0,0018 y 0,0089 ± 0,0007 pmol de TE g _1, respectivamente. Por otro lado, el papel algal bioactivo (papel algal más extracto algal desarrollado presento un valor ligeramente superior (TEAC de 0,0378 ± 0,002 pmol de TE g 1 de papel) al papel algal sin extracto (TEAC de 0,0353 ± 0,0011 pinol de TE g _1 de papel). Lo anterior demuestra que el papel algal sin extracto aporta el 93% de la capacidad antioxidante del producto final. La figura 2 muestra los valores alcanzados, donde el valor obtenido por el papel desarrollado presenta diferencias estadísticamente significativas (HSD Tukey p<0.001) con respecto al extracto algal y por sobre todo en comparación con el papel sulfito frutero. Este positivo resultado demuestra el potencial uso como una barrera capaz de proteger frutas y vegetales contra el estrés oxidativo presente en el aire. c) Determinación de la capacidad a nti bacteria na: se realizó un ensayo por discos de difusión en placas Petri con medio de cultivo Mueller-Hinton Agar e inoculadas con 100 pL de cultivo bacteriano a 105 UFC mi-1. Luego, fueron dispuestos discos de 6 mm de diámetro obtenidos desde el papel desarrollado, discos de Gentamicina y discos de papel sulfito frutero como grupos control. Las cepas bacterianas utilizadas fueron: Escherichia coli (K12), Pseudomonas aeruginosa (PA01) y Pseudomonas psyringae (DC300). Finalmente, las placas fueron incubadas aeróbicamente a 37°C ±1°C por 36 horas.
Los resultados muestran la presencia de halos de inhibición de crecimiento bacteriano de diámetro 6 a 10,15 mm. La figura 3 muestra los resultados específicos contra las cepas bacterianas ensayados. El control realizado con discos de papel sulfito frutero fue capaz de controlar la adherencia de bacterias al no permitir su crecimiento en su superficie, no obstante, no fue capaz de inhibir el crecimiento bacteriano más allá de su perímetro. Por otro lado, los disco del papel desarrollado, presentan halos de inhibición del crecimiento bacteriano de 6,98 ± 1,06 mm con un máximo de 7,98 ± 1,35 mm para £ coli con diferencias altamente significativas respecto al papel sulfito (HSD Tukey, p< 0,001) y un mínimo de 6,62 ± 0,31 mm contra P. aeruginosa. Los valores observados en el control con el antibiótico Gentamicina presentaron en promedio 20,28 ± 0,79 mm de diámetro. No obstante lo anterior, el papel desarrollado posee capacidad antibacteriana, si bien es baja respecto del control, es estadísticamente diferente y superior a la lograda por el papel sulfito frutero. Por lo tanto, promueve su uso para dar protección a frutas y vegetales susceptibles al ataque de estos patógenos. d) Determinación de la capacidad antifúnaica: Para demostrar esta aplicación fue realizado un ensayo por discos de difusión en placas Petri con medio de cultivo Potato Dextrose Agar inoculadas por dispersión. Luego, fueron dispuestos discos de 6 mm de diámetro obtenidos desde el papel desarrollado, discos con Nistatina y discos de papel sulfito frutero como grupos control. Las cepas fúngicas utilizadas fueron: Botrytis cinérea (Bo C12), Penicillium sp. (RGM 902) y Alternaría altérnate (RGM 408). Finalmente, las placas fueron incubadas aeróbicamente a 25°C ±1°C por 6 días. Los resultados muestran la presencia de halos de inhibición de crecimiento fúngico de diámetro 7 a 19,3 mm. La figura 4 muestra los resultados específicos contra los hongos fitopatógenos ensayados. El control realizado con discos de papel sulfito frutero no presentó actividad inhibitoria del crecimiento fúngico, ya que, los discos fueron cubiertos por los hongos. Los valores obtenidos demuestran que el papel desarrollado posee capacidad antifúngica de 11,63 ± 1,39 mm con un máximo de 12,51 ± 1,04 alcanzado contra B. cinérea y un mínimo de 10,43 ± 0,61 mm logrado contra Penicillium sp., por lo tanto, promueve su uso para dar protección a frutas y vegetales susceptibles al ataque de estos fitopatógenos.
Ejemplo 3: Validación del uso de papeles algales bioactivos sobre fruta.
a) Validación in vivo de papeles desarrollados en laboratorio: Para demostrar esta aplicación fue montado un experimento con 100 manzanas de exportación de la variedad Royal Gala, con un peso promedio de 174,6 ± 7,5 gramos, una firmeza de pulpa de 14,6 ± 0,5 Ib y un dulzor de 11,4 ± 0,3 °Brix. Fueron realizadas 4 incisiones estándar a cada manzana para facilitar el ingreso de patógenos oportunistas. Los tratamientos constaron con 25 manzanas cada uno dispuestos en bandejas independientes, las cuales fueron protegidos con papel sulfito frutero, papel algal, papel algal bioactivo y manzanas sin protección como control. Luego fueron almacenados en una caja a temperatura ambiente 16 ± 1,6 °C por 75 días Los resultados son presentados en la figura 5 y muestran que el crecimiento de los patógenos en función del tiempo fue evidente transcurridos 45 días, indicando una mayor infección en el tratamiento de manzanas con papel sulfito seguido por manzanas sin protección. Por el contrario, la menor infección, fue obtenida en los tratamientos con papel algal y papel algal bioactivo.
Luego de 75 días de incubación (figura 6) el grupo más afectado por el desarrollo de microorganismos fitopatógenos fue el protegido por papel sulfito frutero mostrando un nivel de infección del 54%, equivalente a una pérdida de manzanas del 92% bajo este tratamiento. Por otro lado, las manzanas sin protección mostraron un nivel de infección del 34% equivalente a una pérdida de manzanas del 80%. No obstante, en las manzanas protegidas por el papel algal el nivel de infección fue de un 25% equivalente al 60% de los frutos. Finalmente las manzanas protegidas por el papel algal bioactivo presentaron el menor nivel de infección con un 13% lo que se traduce en 7 frutos, equivalentes a una pérdida del 28% del total de manzanas. Los valores observados son significativamente diferentes (HSD Tukey, p<0,004) y a favor del uso del papel algal bioactivo desarrollado, el cual redujo en un 70% la pérdida de manzanas comparado con las embaladas con papel sulfito frutero. b) Validación in vivo baio condiciones de almacenamiento industrial: Para demostrar esta aplicación fue montado un experimento con 3600 manzanas de exportación de la variedad Royal Gala, las que tenían un peso promedio de 197,8 ± 40,5 gramos, una firmeza de pulpa de 14,6 ± 1,6 Ib, dulzor de 11,4 ± 0,8 °Brix y 58,7 ± 17,7 % de Color Rojo. Las manzanas fueron agrupadas en 3 grupos experimentales: sin protección, protegidos con papel sulfito frutero y con papel algal bioactivo, los que a su vez que se dividieron en 4 subgrupos, obteniendo 12 tratamientos con 4 réplicas cada uno. Los tratamientos consistieron en manzanas sin intervención utilizadas para evaluar la carga microbiana del huerto, en otros fueron generadas 2 incisiones estándar sobre cada una de las manzanas para simular el deterioro de la fruta por golpes, en otros las manzanas se inocularon con esporas de Botrytis cinérea para evaluar la viabilidad del patógeno sobre la fruta y por ultimo algunos incluyeron incisiones e inoculo con el objeto propiciar las condición más favorable para el crecimiento del patógeno B. cinérea constituyéndose como la condición más adversa para las manzanas (Tabla 1). Las manzanas fueron dispuestas en bandejas para 25 unidades, empleando 3 bandejas por caja, en un total de 4 cajas, completando 300 manzanas por tratamiento. Las cajas fueron agrupadas formando un pallet y almacenadas a 1,5 ± 1,5 °C con una humedad relativa del aire del 92,9 ± 1,6 % por 90 días. Luego el pallet fue incubado a 13,2 ± 2,6 °C con una humedad relativa del aire del 91,3 ± 2,7 % durante 12 días para favorecer el crecimiento de los patógenos, completando 102 días de experimentación.
El análisis de los resultados, presentados en la figura 7 muestran que los 12 tratamientos formaron tres grupos (A, B y C) estadísticamente significativos en función del nivel de infección observado en las manzanas. El mayor nivel de infección alcanzado corresponde al grupo A (altamente infectado), el cual se compone de los tratamientos 4 y 8 con un nivel de infección del 38,3 ± 3,6 % y 44,2 ± 2,5 %, respectivamente. En cambio el tratamiento 12 (papel algal bioactivo), si bien fue sometido a los mismo procedimientos que los antes señalados (tratamientos 4 y 8, Tabla 1), presentó un nivel de infección significativamente menor de un 20,4 ± 2,1 %, dejándolo fuera del grupo A (ANOVA, HSD Tukey p<0,0002). En cambio los tratamientos 2, 6 y 10, sin inoculo, presentaron un nivel de infección del 17,6 ± 2%, 22 ± 2,1% y 15,3 ± 1,8%, respectivamente, los que fueron semejantes al obtenido por el tratamiento 12 (ANOVA, HSD Tukey p>0,005) formando el grupo B. Con estos resultados, fue posible afirmar que el uso de papel algal bioactivo fue capaz de inhibir exitosamente el crecimiento del hongo fitopatógeno B. cinérea a tal punto de lograr el mismo nivel de infección que el observado en aquellas manzanas que sólo presentaban incisiones sin inoculo. Por otra parte, el grupo C, compuesto por los tratamientos 1, 3, 5, 7, 9 y 11 presentó un nivel de infección promedio de 2,9 ± 1,4 %, demostrando la importancia de un buen manejo en la fruta, pues a pesar del inoculo aplicado en 3 de los 6 tratamientos, el fitopatógeno no fue capaz de proliferar debido a que las manzanas empleadas no presentaron heridas o golpes, manteniendo la integridad de la piel lo que constituye una barrera difícil de superar para los patógenos. Lo anterior se vio contrastado con los tratamientos 2, 6 y 10 debido a que estos presentaron un aumento en más de 6 veces el nivel de infección observado en el grupo C. Finalmente, se concluye que el uso del papel algal bioactivo redujo en un 54% el nivel de infección de manzanas por B. cinérea en comparación con aquellas manzanas protegidas con papel sulfito frutero (tratamiento 8). Tabla 1. Diseño experimental. Descripción de los tratamientos.
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Claims

REIVINDICACIONES
1. Un papel bioactivo CARACTERIZADO porque comprende como base un papel algal, el que está compuesto por fibras secundarias de celulosa en combinación con biomasa de algas pardas; y un extracto antimicrobiano, obtenido de algas pardas, el cual es adicionado al papel algal.
2. Un papel bioactivo, según reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el papel algal comprende fibras secundarias de celulosa en combinación con biomasa de algas pardas, seleccionadas entre Lessonia spicata, Durvillaea antárctica, y Macrocystis pyrifera, donde la razón utilizada de ambas partes es de 3:2 a 9: 1 (p/p).
3. Un papel bioactivo, según reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el extracto antimicrobiano comprende extractos de las algas pardas Macrocystis pyrifera, Lessonia spicata y Dyctiota kunthii, las que se mezclan en proporciones variables entre 10 - 20%, 25 - 40% y 30 - 60%, respectivamente.
4. Un proceso de elaboración del papel bioactivo, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas:
a. Obtención de pasta reactiva, a partir de fibra secundaria y biomasa algal, a razón de 3:2 a 9: 1 (p/p) y una gran cantidad de agua; b. Opcionalmente cuando la fibra secundaria presenta resto de impresión se debe realizar un destintado;
c. Caja de admisión;
d. Formación de lámina de papel algal; e. Prensado de lámina de papel algal; f. Secado de lámina de papel algal; y g. Adición del extracto antimicrobiano.
5. Un proceso de elaboración del papel bioactivo, según reivindicación 4, CARACTERIZADO porque la adición del extracto antimicrobiano es a través de un baño por inmersión, o por aspersión, a baja temperatura, por ambos lados.
6. Uso del papel bioactivo, CARACTERIZADO porque es utilizado para proteger frutas y vegetales contra el estrés oxidativo del aire, el ataque bacteriano y principalmente frente a hongos fitopatogenos, permitiendo la prevención de daños durante su almacenamiento y transporte.
7. Uso del papel bioactivo, según reivindicación 6 CARACTERIZADO porque presenta actividad contra el crecimiento de bacterias tales como Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa y P. syringae.
8. Uso del papel bioactivo, según reivindicación 6 CARACTERIZADO porque presenta actividad contra el crecimiento de los hongos fitopatogenos Botrytis cinérea, Alternaría altérnate y del género Penicillium.
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