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Determinación de microplásticos en saquitos de yerba mate - ESTUDIO REALIZADO POR LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE GENERAL SARMIENTO

OBJETIVOS:

Se realizaron una serie de ensayos para evaluar tanto la composición del material de saquitos de yerba mate como su capacidad de generar microplásticos (MPs) en agua caliente (simulación de preparación de la infusión). Los saquitos ensayados fueron de la marca Cósmico y de otras tres primeras marcas que comercializan saquitos de yerba mate en la Argentina. Las mismas serán denominadas como empresas A, B y C. Para abordar el problema se utilizaron las siguientes técnicas:

i) Aplicación del reactivo de Schweitzer. Determinación de la masa de celulosa no digerida y análisis por ATR-FTIR de la composición de la masa residual.

ii) Determinación por microscopía de la presencia de MPs en suspensiones acuosas calientes de saquitos. Estimación del número promedio de MPs, su tamaño y su composición polimérica (ATR- FTIR). Estudio de correspondencia entre las composiciones poliméricas de la masa no digerible por el reactivo Schweitzer y los MPs encontrados.

Resultados

1) La determinación del contenido de celulosa se fundamenta en la capacidad selectiva del reactivo de Schweitzer ([Cu(NH3)4](OH)2) para disolver polímeros de β-D-glucosa, como la celulosa, mediante la formación de complejos de coordinación. Los resultados obtenidos (Tabla 1) muestran un contenido de celulosa marcadamente superior (95%) en el caso de la marca Cósmico respecto de las otras muestras analizadas. Para este último caso, los porcentajes de celulosa encontrados son los característicos de papeles de filtro fabricados predominantemente a partir de este bio-material 1 2 , . En contraste, las muestras A, B, C y D presentaron contenidos de celulosa significativamente menores, oscilando entre el 67,0% y el 78,0%. Estos valores se alinean con estudios previos que muestran que los saquitos de té contienen entre 65-70% de celulosa, determinado mediante el reactivo de Schweitzer1 . La presencia de un residuo sólido (material no digerible) tras la digestión con el reactivo de Schweitzer (que llega a ser del 33% en la muestra D) indica la presencia de componentes no celulósicos en el papel del filtro de los saquitos de yerba. En la industria del empaque, es habitual incorporar fibras termoplásticas como: polipropileno (PP), polietileno (PE), polietilentereftalato (PET) o ácido poliláctico (PLA). Dichos polímeros son inertes al reactivo de Schweitzer y son esenciales para permitir el sellado del saquito por calor en las líneas de producción2 . Para identificar la naturaleza del material no digerible con el reactivo de Schweitzer, se analizó el residuo mediante espectroscopía infrarroja. En la Figura 1, se muestran los espectros infrarrojos para el residuo obtenido para las marcas: Cósmico, A, B y C y su comparación con el espectro IR de la celulosa.

Los resultados muestran que el residuo de los saquitos de yerba de la marca Cósmico presenta grupos funcionales muy diferentes a los observados en las otras muestras. El espectro de la marca Cósmico presenta señales características de componentes celulósicos que resistieron la digestión química: vibración de tensión del enlace O-H y C-H en la región entre 3300 cm-1 y 2900 cm-1. Además, de las bandas representativas de la celulosa en el rango 1630– 900 cm-1, destacando la vibración de tensión del enlace C-O (1000 cm-1)3. Al contrastar estos datos con la biblioteca OpenSpecy, se obtuvo una coincidencia del 96% con el espectro de la celulosa, confirmando que este residuo es esencialmente bio-material remanente. A diferencia de las muestras de Cósmico, los residuos de las otras marcas mostraron un perfil espectral consistente con polímeros sintéticos derivados del petróleo. Además de las bandas de celulosa, se destacaron bandas de absorción de: - Vibraciones de estiramiento y flexión del enlace C−H, propias de los grupos metileno (−CH2) y metilo (−CH3), en la región 2950-2850 cm⁻¹ , y entre 1470 cm⁻¹ y 1375 cm⁻¹, respectivamente. Estas señales son características de la estructura química de plásticos como el PE o PP. La comparación en OpenSpecy arrojó una coincidencia del 96% para PE/PP, lo que sugiere que estos saquitos están constituidos por un material compuesto (celulosa y plástico). Estos resultados coinciden con reportes bibliográficos, la cual indica que los saquitos de té comerciales se fabrican como un material no tejido, combinando fibras de celulosa (65-70%) con fibras sintéticas termoplásticas (25-30%) para garantizar la integridad estructural y el sellado del producto 1,3 .

Determinación de la cantidad y tipo de MPs presentes en suspensiones acuosas

2) La tabla 2 muestra los valores del número promedio de MPs generado por saquito de yerba mate, su tamaño promedio y la composición polimérica determinada por ATR-FTIR En todos los casos, se analizó la potencial contaminación ambiental por microplásticos provenientes de fibras textiles y de otras fuentes distintas de los saquitos, que constituyeron la matriz de estudio. Los resultados evidenciaron diferencias estadísticamente significativas (α = 0.01) entre los blancos ambientales y las muestras, lo que sugiere que los microplásticos detectados fueron generados durante la preparación de las infusiones.

Las microfibras generadas en el caso de Cósmico corresponden a mezclas de la celulosa y ácido poliláctico, posiblemente empleado como adhesivo, y por lo tanto pueden considerarse como biomateriales. En el caso de las marca A, B y C los microplásticos generados están compuestos por PE y por lo tanto no pueden considerarse como digeribles.

Correspondencia en la composición del residuo de digestión por Schweizer y el material polimérico de los microplásticos

La Figura 3 muestra la correspondencia entre los espectros infrarrojos del material no-digerido por el reactivo de Schweitzer y los microplásticos generados durante la infusión de los saquitos de la marca Cósmico. En todas las muestras se identificaron bandas de absorción características de la celulosa (3300 cm-1 y 1000 cm-1, asociadas al grupo funcional -OH), confirmando que es el componente mayoritario. Sin embargo, se destaca una banda adicional alrededor de 1750 cm-1 correspondiente al grupo carbonilo (C=O). Esto sugiere que el saquito y sus derivados contienen un componente adicional a la celulosa. El análisis en OpenSpecy arrojó una coincidencia del 83% con el PLA. Este hallazgo indica que tanto el filtro original como los MPs liberados están constituidos por un material compuesto de celulosa y PLA. En un estudio realizado en Irlanda se demostró que algunos saquitos de té 3 contienen PLA en una proporción mucho menor que la celulosa . Este polímero se utiliza frecuentemente para confeccionar saquitos de té biodegradables que combinan fibras de celulosa y de PLA para producir una tela no tejida. El PLA es un polímero bio-basado, biocompatible y biodegradable que aporta integridad estructural y facilita el sellado de los saquitos 2, 4 . Por el contrario, el análisis de la marca A (Figura 4) revela que la composición de los MPs generados es idéntica a la del residuo resistente al reactivo de Schweitzer. Los espectros muestran una combinación de bandas características de celulosa y polietileno (PE). Al comparar el espectro de los microplásticos en OpenSpecy, se obtuvo una coincidencia del 85% para PE. Estos resultados confirman que el filtro de la marca A es un material compuesto (celulosa/PE) donde el polímero sintético predomina en los residuos de degradación y en los microplásticos, coincidiendo con lo discutido en secciones anteriores.
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Conclusiones:
Los saquitos de la marca Cósmico están constituidos mayoritariamente de celulosa y una pequeña cantidad de PLA. Si bien en este caso quedan pequeñas cantidades de material no-digerible por el reactivo de Schweitzer, este corresponde también a una mezcla de celulosa/PLA. En el caso de las microfibras generadas para los saquitos de Cósmico durante el proceso de preparación de la infusión, estas corresponden exclusivamente a fibras de celulosa. Para los saquitos de yerba mate de las marcas A, B, C y D, la estructura de los mismos está constituida no solo por celulosa sino también por una cantidad importante de polímeros de adición como es el caso del polietileno o polipropileno. En estos casos las microfibras generadas corresponden a filamentos de polímeros de adición (mayoritariamente PE) de tamaños promedio entre 300 micrones y 400 micrones. Es probable que también se generen microfilamentos de tamaños menores pero que no han sido detectados con las técnicas ópticas utilizadas.

Los saquitos de Cósmico están hechos principalmente de celulosa y las microfibras que liberan son de origen vegetal. En cambio, otras marcas incorporan plásticos como polietileno o polipropileno, generando microplásticos durante la infusión.

Anexos