El desarrollo de biomateriales obtenidos a partir de residuos agroindustriales representa una de las líneas de investigación con mayor crecimiento dentro de la bioeconomía y la transición hacia modelos de producción más sostenibles. En este contexto, la innovación impulsada desde las universidades adquiere un papel estratégico al generar alternativas que integran desempeño técnico, viabilidad económica y reducción del impacto ambiental.
Con el propósito de conocer a profundidad una de estas propuestas, Ambiente Plástico entrevistó en exclusiva a Hugo Rosas, Marco Arias y Sebastian Sánchez, estudiantes de Ingeniería en Biotecnología del Tecnológico de Monterrey, campus Estado de México, quienes desarrollaron un biopolímero elaborado a partir de mucílago de nopal y cáscaras de papa. A lo largo de esta conversación, los jóvenes investigadores explican el origen del proyecto, la selección de materias primas, el proceso de manufactura, el comportamiento del material durante su biodegradación, su integración dentro de un esquema de economía circular, así como los desafíos relacionados con regulación, certificación, innovación y protección de la propiedad intelectual. Sus respuestas ofrecen una visión integral sobre el potencial de los biomateriales para responder a las crecientes exigencias ambientales y tecnológicas de la Industria del Plástico.
Origen del proyecto
¿Cuál fue el problema específico que buscaban resolver cuando comenzaron esta investigación?
Hugo Rosas: El proyecto surgió como respuesta a la creciente contaminación causada por los plásticos de un solo uso, especialmente los cubiertos desechables fabricados con derivados del petróleo que pueden tardar cientos de años en degradarse. Buscábamos desarrollar una alternativa biodegradable, funcional y económicamente viable que redujera el impacto ambiental sin comprometer las propiedades mecánicas necesarias para su uso. Además, quisimos integrar un modelo de economía circular aprovechando residuos agroindustriales que normalmente no reciben un valor agregado.
¿Por qué eligieron el mucílago de nopal y la cáscara de papa como materias primas y qué ventajas ofrecen frente a otros biopolímeros?
Marco Arias: Seleccionamos el mucílago de nopal porque México es uno de los principales productores de nopal en el mundo, lo que garantiza una materia prima abundante, accesible y de bajo costo. El mucílago posee una alta concentración de polisacáridos que le confieren excelentes propiedades filmógenas y biodegradabilidad. La cáscara de papa representa una fuente importante de almidón que normalmente se considera un residuo de la industria alimentaria. Al aprovecharla, no sólo reducimos costos de producción, sino que también damos valor a un subproducto que de otra forma sería desechado. La combinación de ambos materiales ofrece ventajas importantes frente a otros biopolímeros comerciales, como lo son la utilización de recursos renovables y residuos agroindustriales, disminución de la dependencia de materias primas vírgenes, fortalecimiento del enfoque de economía circular y la obtención de un material con propiedades mecánicas y de biodegradabilidad adecuadas para la fabricación de cubiertos desechables.
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¿Cuánto tiempo tomó desarrollar la formulación actual y cuáles fueron los principales obstáculos durante el proceso?
Sebastian Sánchez: La formulación actual se desarrolló durante un periodo aproximado de seis meses a partir de una extensa revisión bibliográfica y del análisis de investigaciones científicas sobre bioplásticos elaborados con mucílago de nopal y almidón. El principal reto fue encontrar una formulación que equilibrara resistencia mecánica, flexibilidad y biodegradabilidad junto con la búsqueda de un método de termoformado adecuado para la creación de cada cubierto, ya que identificamos un alto costo energético debido a la escala en la que se realizaron los ensayos, por lo que la escalabilidad del proceso dependerá de qué tan eficiente energéticamente sea el termoformado y la resistencia mecánica final de cada cubierto. También fue necesario seleccionar la concentración adecuada de glicerol como plastificante para evitar materiales demasiado frágiles o excesivamente flexibles. Otro desafío importante fue integrar el enfoque de economía circular, asegurando que las materias primas provinieran de residuos agroindustriales sin afectar la calidad del producto. Finalmente, fue necesario analizar la viabilidad económica, los balances de materia y energía, y el cumplimiento del marco regulatorio, considerando normas ASTM, ISO, NOM y NMX.
Sobre el material
¿Cómo está compuesto el biopolímero y qué función cumple cada uno de sus ingredientes?
Hugo Rosas: Nuestro biopolímero está compuesto principalmente por mucílago de nopal, almidón proveniente de cáscara de papa, glicerol y ácido acético.
- Mucílago de nopal: Es la matriz principal del bioplástico. Gracias a su alto contenido de polisacáridos, aporta capacidad filmógena, biodegradabilidad y cohesión estructural.
- Almidón de cáscara de papa: Funciona como el polímero estructural que proporciona rigidez y resistencia mecánica, además de aprovechar un residuo agroindustrial bajo un enfoque de economía circular.
- Glicerol: Actúa como plastificante, aumentando la flexibilidad del material y evitando que el bioplástico sea demasiado frágil.
- Ácido acético: Se utiliza para favorecer la gelatinización del almidón y mejorar la compatibilidad entre los componentes durante el proceso de fabricación.
¿Qué propiedades mecánicas han logrado obtener hasta ahora (resistencia, flexibilidad, rigidez, estabilidad térmica)?
Marco Arias: Por el momento no hemos podido realizar pruebas mecánicas a los cubiertos finales ya que aun continuamos mejorando la formulación del bioplástico con perspectiva para incluir algún tipo de película hidrofóbica y con esto posteriormente poder realizar pruebas estándar de esfuerzos, así como de estabilidad térmica.
¿Cómo se compara el desempeño del material frente al Poliestireno, Polipropileno o PLA utilizados en cubiertos desechables?
Sebastian Sánchez: Nuestro material todavía no supera en desempeño mecánico al Poliestireno o al Polipropileno, que son plásticos derivados del petróleo diseñados para alta resistencia y durabilidad. Nosotros no buscamos ser un sustituto total de los plásticos de origen fósil, ya que dado el volumen de producción y nuestra capacidad para cubrir una cierta demanda del mercado no nos lo permitiría, lo que buscamos es poder desplazar un porcentaje significativo de este tipo de plásticos mediante un producto que sea biodegradable y funcional. Entendemos que para llegar a ser igual de efectivos y económicamente viables que un plástico de petróleo aún queda mucho camino por delante. Sin embargo, hay que considerar que al ser un producto biodegradable y que integra la economía circular en sus procesos, así sea un pequeño cambio, este tendrá un gran impacto en la calidad del medio ambiente. Comparado con el PLA, nuestro material también ofrece ventajas porque emplea materias primas locales y de bajo costo, sin depender de cultivos específicamente destinados a producir bioplásticos. Además, el PLA generalmente requiere compostaje industrial para degradarse, mientras que nuestro material puede biodegradarse en condiciones naturales: aproximadamente dos semanas en agua, quince días en compostaje y entre tres y cuatro meses en suelo.
¿Qué limitaciones presenta actualmente el material y qué aspectos aún necesitan mejorar?
Hugo Rosas: Actualmente existen varias áreas de oportunidad:
- Incrementar la resistencia mecánica para competir directamente con los plásticos convencionales.
- Mejorar la resistencia a la humedad, ya que el material absorbe agua con mayor facilidad debido a su naturaleza hidrofílica.
- Optimizar el rendimiento del proceso, ya que actualmente se obtienen únicamente 299 gramos de bioplástico por cada 10 kg de pencas de nopal, lo que limita la productividad.
- Reducir el consumo energético, que actualmente es de aproximadamente 52 kWh por kilogramo de bioplástico producido.
- Disminuir el costo de producción, actualmente de $686.96 MXN por kilogramo, para hacerlo más competitivo.
- Realizar la validación experimental completa, incluyendo pruebas mecánicas, térmicas y de biodegradabilidad bajo normas ASTM, ISO, NOM y NMX, para respaldar su escalamiento industrial y comercialización.
Biodegradación
Mencionan que puede degradarse en aproximadamente 15 días en composta. ¿En qué condiciones específicas ocurre este proceso?
Marco Arias: El tiempo aproximado de 15 días corresponde a condiciones de compostaje controlado reportadas en la literatura científica utilizada como base del proyecto. Estas condiciones incluyen una adecuada disponibilidad de oxígeno, humedad cercana al 50-60%, temperaturas mesofílicas y termofílicas de aproximadamente 40 a 60 °C, así como la presencia de microorganismos capaces de degradar polisacáridos como el almidón y el mucílago. Bajo estas condiciones los microorganismos metabolizan los componentes del bioplástico de manera eficiente. En otros medios, la degradación también ocurre, aunque en tiempos diferentes: aproximadamente dos semanas en agua, tres meses al aire libre y entre tres y cuatro meses en suelo.
¿Han realizado pruebas bajo normas nacionales o internacionales para validar su biodegradabilidad?
Sebastian Sánchez: Actualmente no. Nuestro proyecto se encuentra en una etapa de diseño y validación técnica basada en evidencia científica. Hasta el momento, el cumplimiento normativo se estableció mediante un análisis del marco regulatorio que deberá seguir el producto durante su desarrollo.
Las pruebas futuras se realizarán conforme a normas como:
- ASTM D6400: para plásticos compostables.
- EN 13432: referente a empaques biodegradables y compostables.
- ISO 17088: para especificaciones de plásticos compostables.
- NMX-E-273-NYCE-2019: aplicable en México para materiales biodegradables.
La intención es obtener certificaciones que respalden científicamente la biodegradabilidad del material antes de su comercialización.
¿El material genera microplásticos durante su degradación o se transforma completamente en biomasa y compuestos naturales?
Hugo Rosas: Una de las principales ventajas de nuestro bioplástico es que está elaborado exclusivamente con polímeros de origen natural, como el mucílago de nopal y el almidón, por lo que no contiene polímeros sintéticos derivados del petróleo que puedan fragmentarse en microplásticos persistentes. Con base en la literatura científica, el proceso de degradación ocurre mediante la acción de microorganismos que transforman estos biopolímeros en biomasa, dióxido de carbono, agua y compuestos orgánicos naturales, dependiendo de las condiciones ambientales. Sin embargo, como parte del desarrollo futuro del proyecto, será necesario realizar ensayos de biodegradación y ecotoxicidad bajo normas internacionales para demostrar experimentalmente que el material no genera residuos persistentes y cumple con los criterios exigidos para materiales compostables.
Manufactura
¿El biopolímero puede procesarse mediante tecnologías convencionales como inyección o extrusión, o requiere modificaciones en los equipos?
Marco Arias: Es correcto. El objetivo es que el biopolímero pueda procesarse mediante tecnologías convencionales como extrusión e inyección, ya que son los procesos más utilizados para fabricar cubiertos desechables. Sin embargo, debido a que el material está compuesto por polímeros naturales, será necesario realizar algunos ajustes en las condiciones de operación, como la temperatura, la velocidad de extrusión, la presión de inyección y el contenido de humedad de la materia prima. Esto permitirá evitar la degradación térmica del mucílago y del almidón durante el procesamiento. Por lo tanto, no sería necesario rediseñar completamente la maquinaria, sino optimizar sus parámetros de operación para este nuevo material.
¿Qué desafíos técnicos anticipan al escalar de laboratorio a una planta piloto?
Sebastián Sánchez: El principal desafío será mantener la uniformidad del biopolímero a mayor escala, ya que el mucílago es un material de origen natural cuya composición puede variar dependiendo de factores como la variedad del nopal, la temporada de cosecha y las condiciones de cultivo. Otro reto importante será incrementar el rendimiento del proceso, ya que actualmente obtenemos aproximadamente 299 gramos de bioplástico por cada 10 kg de pencas de nopal, además de reducir el consumo energético, que actualmente es cercano a 52 kWh por kilogramo de bioplástico, encontrando un mejor método de termoformado con los parámetros adecuados. También será necesario optimizar los tiempos de producción, implementar sistemas de control de calidad, validar las propiedades mecánicas de manera consistente y obtener las certificaciones requeridas
¿Existe compatibilidad con la infraestructura que hoy utiliza la Industria del Plástico?
Hugo Rosas: Sí, existe una compatibilidad parcial. La mayor parte de la infraestructura utilizada para producir artículos plásticos, especialmente equipos de extrusión e inyección, podría adaptarse para procesar este biopolímero mediante ajustes en los parámetros de operación, sin necesidad de reemplazar completamente la maquinaria. Por otro lado, sí serían necesarios algunos cambios en el manejo de la materia prima, ya que los biopolímeros naturales son más sensibles a la humedad y a la temperatura que los plásticos convencionales. Además, habría que incorporar controles adicionales para garantizar la estabilidad del material y mantener una calidad constante entre lotes.
Materia prima y economía circular
¿Qué volumen de residuos agrícolas sería necesario para abastecer una producción industrial?
Marco Arias: En la formulación actual obtenemos aproximadamente 299 gramos de bioplástico por cada 10 kg de pencas de nopal completas, por lo que, al escalar el proceso, sería necesario contar con un suministro constante de residuos agrícolas provenientes de productores de nopal y de la industria alimentaria. Nuestro modelo contempla establecer convenios con centrales de abasto, empacadoras, procesadoras de alimentos y productores agrícolas, aprovechando pencas descartadas por cuestiones estéticas o excedentes de producción, así como cáscaras de papa generadas por la industria alimentaria. Conforme aumente la eficiencia del proceso, esperamos mejorar el rendimiento y reducir la cantidad de materia prima necesaria por kilogramo de bioplástico producido.
¿Cómo garantizarían la calidad y consistencia de materias primas que, por naturaleza, presentan variaciones?
Sebastian Sánchez: La principal estrategia sería implementar un sistema de control de calidad desde la recepción de la materia prima.
Se establecerían especificaciones para parámetros como:
- Contenido de humedad.
- Concentración de mucílago.
- Contenido de almidón.
- Estado de madurez del nopal.
- Condiciones de almacenamiento y transporte.
Además, realizaríamos análisis fisicoquímicos periódicos para estandarizar los lotes. En caso de existir variaciones naturales, estas podrían compensarse ajustando las proporciones de la formulación durante el proceso productivo, garantizando que el producto final mantenga propiedades mecánicas y de biodegradabilidad constantes.
¿Qué impacto tendría este modelo en la valorización de residuos provenientes de centrales de abasto o procesadoras de alimentos?
Hugo Rosas: El impacto sería significativo porque transformaría residuos agroindustriales de bajo valor económico en una materia prima para fabricar un producto de mayor valor agregado. Muchas pencas de nopal y cáscaras de papa terminan como residuos orgánicos o se destinan a usos de bajo valor, como alimentación animal o compostaje. Nuestro modelo propone reincorporarlos a la cadena productiva para fabricar bioplásticos, promoviendo un esquema de economía circular. Esto no sólo reduce la cantidad de residuos enviados a disposición final, sino que también puede generar ingresos adicionales para productores y procesadoras de alimentos, disminuir costos asociados al manejo de residuos y fortalecer cadenas de suministro más sostenibles.
Regulación y certificación
¿Qué certificaciones serían necesarias antes de comercializar el producto?
Marco Arias: Antes de comercializar el producto sería necesario obtener certificaciones que demuestren tanto su biodegradabilidad como su seguridad para el consumidor.
En nuestro caso, las principales serían:
- NMX-E-273-NYCE-2019, referente a materiales biodegradables en México.
- ISO 17088, que establece especificaciones para plásticos compostables.
- ASTM D6400 y EN 13432, que certifican la compostabilidad y biodegradabilidad de materiales plásticos.
Al tratarse de un producto con contacto directo con alimentos, sería necesario cumplir con la regulación sanitaria aplicable y demostrar que el material es apto para uso alimentario.
Si el material tendrá contacto con alimentos, ¿qué pruebas de inocuidad deberán superar?
Sebastian Sánchez: Al ser un cubierto para contacto directo con alimentos, el material deberá demostrar que no representa riesgos para la salud del consumidor.
- Ensayos de migración global y específica para verificar que no libera sustancias en cantidades que puedan afectar los alimentos.
- Pruebas de toxicidad y biocompatibilidad que demuestren que sus componentes son seguros.
- Análisis microbiológicos para asegurar que el proceso de fabricación no introduce contaminación.
- Evaluaciones de estabilidad química y térmica garantizando que el material mantiene sus propiedades durante el uso con alimentos fríos o calientes.
¿Las regulaciones actuales favorecen o dificultan la adopción de este tipo de materiales?
Hugo Rosas: Consideramos que ocurre una combinación de ambos escenarios. Por un lado, las regulaciones favorecen la adopción porque cada vez existen más restricciones al uso de plásticos de un solo uso y mayores incentivos para desarrollar materiales biodegradables y compostables. Esto abre oportunidades para productos como el nuestro. Por otro lado, también representan un reto, ya que demostrar el cumplimiento de normas nacionales e internacionales implica realizar numerosas pruebas de laboratorio, obtener certificaciones y destinar recursos importantes a procesos regulatorios, lo cual puede ser una barrera para empresas en etapas tempranas.
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Innovación y propiedad intelectual
¿Han iniciado algún proceso de patente o protección intelectual?
Marco Arias: Actualmente no hemos iniciado un proceso formal de patente, ya que el proyecto se encuentra en una etapa de desarrollo y validación técnica. Nuestro objetivo inicial es demostrar la viabilidad técnica, económica y regulatoria del bioplástico. Conforme avancemos hacia una planta piloto y obtengamos resultados experimentales propios, contemplamos evaluar la protección de la propiedad intelectual. Dependiendo del grado de innovación alcanzado, podríamos optar por una patente de invención, si la formulación o el proceso cumplen con los criterios de novedad, actividad inventiva y aplicación industrial, o bien proteger aspectos específicos mediante secreto industrial.
¿Qué hace diferente a su biopolímero respecto a otras investigaciones desarrolladas en México o en el extranjero?
Sebastian Sánchez: Nuestra principal diferencia es que no nos enfocamos únicamente en desarrollar un nuevo material, sino en diseñar un modelo de negocio integral para hacerlo comercialmente viable. Desde el punto de vista técnico nuestro biopolímero combina mucílago de nopal y almidón obtenido de cáscara de papa, aprovechando dos residuos agroindustriales bajo un enfoque de economía circular. Esto reduce la dependencia de materias primas vírgenes y agrega valor a subproductos que normalmente serían desechados. Nuestra propuesta no busca quedarse únicamente en el laboratorio, sino que pretende sentar las bases para que el bioplástico pueda convertirse en una empresa con potencial de escalamiento e impacto ambiental y económico.
Del laboratorio a la industria: el reto de convertir la innovación en impacto
La propuesta desarrollada por Hugo Rosas, Marco Arias y Sebastian Sánchez demuestra que la investigación universitaria puede generar soluciones técnicamente sólidas para algunos de los principales desafíos ambientales de la actualidad. Más allá del desarrollo de un nuevo biomaterial, el proyecto integra criterios de economía circular, valorización de residuos agroindustriales, viabilidad económica y escalabilidad industrial, elementos indispensables para competir en un mercado cada vez más orientado hacia la sostenibilidad.
No obstante, los propios investigadores reconocen que el camino hacia la comercialización exige superar importantes desafíos técnicos, regulatorios y productivos. La validación bajo normas internacionales, la optimización del rendimiento del proceso, la reducción del consumo energético y la mejora de las propiedades mecánicas serán factores decisivos para consolidar la tecnología y facilitar su adopción por la industria.
La entrevista refleja una visión compartida entre los tres estudiantes: la transición hacia materiales de menor impacto ambiental dependerá no sólo de la innovación científica, sino también de la capacidad para construir modelos de negocio viables, proteger la propiedad intelectual y generar alianzas entre la academia y la industria. En ese sentido, este proyecto representa un ejemplo del potencial que tiene la biotecnología mexicana para contribuir al desarrollo de una nueva generación de materiales sostenibles.
Coordinador Editorial de Ambiente Plástico: Julio César Sánchez Espinoza. Periodista con más de 15 años de experiencia en la investigación y desarrollo de contenidos especializados para medios impresos y digitales en México y Latinoamérica.
IG: @imjucesar // LinkedIn @imjucesar
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