DESARROLLO Y CARACTERIZACIÓN DE BIOPELÍCULAS
BIODEGRADABLES A BASE DE RESIDUOS
AGROINDUSTRIALES COMO CÁSCARA DE CHOCHO
(LUPINUS MUTABILIS) Y ALMIDÓN DE YUCA (MANIHOT
ESCULENTA)
DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF BIODEGRADABLE
BIOFILMS BASED ON AGRO-INDUSTRIAL RESIDUES SUCH AS
CHOCHO (LUPINUS MUTABILIS) HUSK AND CASSAVA STARCH
(MANIHOT ESCULENTA)
Mayra Paredes Escobar
Universidad Técnica de Ambato (UTA)
Nelly Flores Tapia
Universidad Técnica de Ambato (UTA)
Aldás Miguel
Departamento de Ciencias de los Alimentos y Biotecnología
Milena Peñafiel
Universidad Técnica de Ambato (UTA)
Carlos Moreno
Universidad Técnica de Ambato (UTA)
pág. 3541
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i1.22483
Desarrollo y caracterización de biopelículas biodegradables a base de
residuos agroindustriales como cáscara de chocho (LUPINUS MUTABILIS)
y almidón de yuca (MANIHOT ESCULENTA)
Mayra Paredes Escobar1
ml.paredes@uta.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-9320-9177
Biosynergia Research Group, Food and
Biotechnology Faculty, Universidad Técnica de
Ambato (UTA), Ecuador
Nelly Flores Tapia
nellyflorestapia@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-0851-8117
Research and Development Directorate, Food
and Biotechnology Faculty, Grupo de
Investigación G+ Biofood & Engineering,
Universidad Técnica de Ambato (UTA), Ecuador
Aldás Miguel
miguel.aldas@epn.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-3491-6618
Centro de Investigaciones Aplicadas a
Polímeros, Departamento de Ciencias de los
Alimentos y Biotecnología, Escuela Politécnica
Nacional, Ecuador
Milena Peñafiel
mile-lis2011@hotmail.com
Food and Biotechnology Faculty, Universidad
Técnica de Ambato (UTA), Ecuador
Carlos Moreno
cs.moreno@uta.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-0238-6886
Biosynergia Research Group, Food and
Biotechnology Faculty, Universidad Técnica de
Ambato (UTA), Ecuador
1
Autor principal
Correspondencia: nellyflorestapia@gmail.com
pág. 3542
RESUMEN
La contaminación ambiental generada por plásticos de un solo uso constituye un desafío global que
impulsa el desarrollo de materiales biodegradables basados en recursos renovables. En este estudio se
desarrollaron y caracterizaron biopelículas biodegradables mediante la técnica de casting, empleando
harina de cáscara de chocho (Lupinus mutabilis) y almidón de yuca (Manihot esculenta), subproductos
agroindustriales abundantes en Ecuador. Se aplicó un diseño experimental factorial con el objetivo de
optimizar la formulación y evaluar la influencia de los componentes sobre las propiedades
fisicoquímicas, mecánicas y de biodegradabilidad del material. Las biopelículas obtenidas presentaron
espesores entre 0.15 y 0.43 mm, contenidos de humedad de 12.83–24.85% y solubilidades en agua
comprendidas entre 21.94 y 48.66%. La permeabilidad al vapor de agua se situó en el orden de 10⁻⁷
g·mm/cm²·h·Pa, valores significativamente superiores a los del polietileno de baja densidad (LDPE)
utilizado como control (3.15 × 10⁻¹² g·mm/cm²·h·Pa), reflejando la naturaleza hidrofílica de la matriz
biopolimérica. Entre las formulaciones evaluadas, el tratamiento T3 evidenció el mejor compromiso
entre propiedades, mostrando una menor permeabilidad al vapor de agua en comparación con las demás
formulaciones. Desde el punto de vista mecánico, las biopelículas alcanzaron resistencias máximas a la
tracción de hasta 6.02 N y deformaciones máximas de 3.99 mm, valores adecuados para aplicaciones
que no requieren alta carga estructural. Los ensayos de integridad en simulantes alimentarios (agua
destilada y aceite de oliva) demostraron una mayor estabilidad estructural y baja permeabilidad en
medios grasos, mientras que en medio acuoso se observó una pérdida progresiva de integridad. Las
pruebas de biodegradabilidad en suelo evidenciaron una degradación significativa del material en un
periodo de 28 días. Con base en su comportamiento mecánico, estabilidad en medios lipídicos y rápida
biodegradación, se propone el uso potencial de estas biopelículas como material biodegradable para
separadores entre láminas de queso mozzarella. En conjunto, los resultados indican que, particularmente
la formulación T3, estas biopelículas representan una alternativa técnica y ambientalmente viable a los
plásticos convencionales, contribuyendo a la economía circular mediante la valorización de residuos
agroindustriales y el desarrollo de materiales sostenibles de origen local.
Palabras clave: Biofilms, Lupinus mutabilis, cassava starch, mechanical properties, by-product
valorization
pág. 3543
Development and characterization of biodegradable biofilms based on agro-
industrial residues such as chocho (LUPINUS MUTABILIS) husk and
cassava starch (MANIHOT ESCULENTA)
ABSTRACT
The increasing environmental burden caused by single-use plastics has intensified the search for
biodegradable materials derived from renewable resources. In this study, biodegradable biopolymer
films were developed and characterized using the casting technique, incorporating Lupinus mutabilis
(chocho) pod flour and cassava (Manihot esculenta) starch, two abundant agro-industrial by-products in
Ecuador. A factorial experimental design was applied to optimize the film formulation and to evaluate
the influence of the biopolymeric components on the physicochemical, mechanical, and biodegradation
properties of the resulting materials. The obtained films exhibited thicknesses ranging from 0.15 to 0.43
mm, moisture contents between 12.83 and 24.85%, and water solubility values of 21.94–48.66%. Water
vapor permeability (WVP) was in the order of 10⁻⁷ g·mm·cm⁻²·h⁻¹·Pa⁻¹, which is several orders of
magnitude higher than that of low-density polyethylene (LDPE) used as a reference material (3.15 ×
10⁻¹² g·mm·cm⁻²·h⁻¹·Pa⁻¹), reflecting the inherently hydrophilic nature of the biopolymer matrix.
Among the evaluated formulations, treatment T3 exhibited the most balanced performance, showing
reduced WVP compared to the other formulations. Mechanical testing revealed maximum tensile forces
of up to 6.02 N and elongation values reaching 3.99 mm, indicating adequate mechanical integrity for
low-load packaging applications. Film integrity tests conducted in food simulants (distilled water and
olive oil) demonstrated higher structural stability and lower permeability in lipid media, whereas a
progressive loss of integrity was observed in aqueous environments. Soil burial biodegradation assays
confirmed a significant degradation of the films within 28 days. Based on their mechanical performance,
lipid-media stability, and rapid biodegradability, these biopolymer films are proposed as biodegradable
separator materials for mozzarella cheese slices. Overall, the results demonstrate that chocho pod flour–
cassava starch films, particularly formulation T3, constitute a technically feasible and environmentally
sustainable alternative to conventional plastic materials, contributing to circular economy strategies
through the valorization of agro-industrial residues.
Keywords: Biopolymer films, Lupinus mutabilis, cassava starch, mechanical properties, by-product
valorization
Artículo recibido 12 diciembre 2025
Aceptado para publicación: 18 enero 2026
pág. 3544
INTRODUCCIÓN
En los últimos años, la generación de residuos plásticos provenientes de envases alimentarios ha
intensificado los problemas de contaminación ambiental debido a su baja tasa de degradación y
persistencia en los ecosistemas (Perera et al., 2023). Este escenario ha motivado la exploración de
alternativas sostenibles basadas en biopolímeros tales como almidones, proteínas y fibras vegetales, los
cuales se caracterizan por su alta disponibilidad, bajo costo y biodegradabilidad (Zavareze & Dias,
2022). En este contexto, las biopelículas obtenidas a partir de subproductos agroindustriales se
posicionan como una opción prometedora para el desarrollo de materiales de envasado ecológicos.
El chocho genera cáscaras ricas en fibra dietaria, compuestos fenólicos y minerales, las cuales pueden
contribuir a la mejora de las propiedades funcionales de las biopelículas (Ichina, 2021). Por su parte, el
almidón de yuca se emplea ampliamente debido a su capacidad filmógena, transparencia y
biodegradabilidad (López et al., 2023); no obstante, presenta limitaciones asociadas a su baja resistencia
mecánica y elevada permeabilidad al vapor de agua. La incorporación de fibras provenientes de la
cáscara de chocho podría mejorar estos parámetros, aunque plantea desafíos relacionados con la
compatibilidad interfacial y el equilibrio entre flexibilidad, solubilidad y biodegradabilidad. En
consecuencia, el objetivo del presente estudio fue caracterizar una biopelícula degradable elaborada a
partir de cáscara de chocho y reforzada con almidón de yuca, destinada a aplicaciones en el sector
alimentario, mediante la evaluación de sus propiedades fisicoquímicas, mecánicas y de biodegradación,
como una alternativa sostenible frente a los envases plásticos convencionales.
Los recortes industriales de cuero (“wet blue leather, WBL”) y las cáscaras de huevo provenientes de
residuos alimentarios han sido ampliamente estudiados como rellenos sostenibles y de bajo costo para
matrices poliméricas y otros sistemas, principalmente con el propósito de incrementar la rigidez y la
estabilidad térmica, al mismo tiempo que se promueve la valorización de residuos.
Tipos de composites y aplicaciones objetivo
• Wet blue leather (WBL): Se ha incorporado en matrices como PLA, PA12, TPU, TPE, PBAT,
PBS, caucho natural, PP reciclado, PVB y otros sistemas, orientados a aplicaciones estructurales,
productos con apariencia tipo cuero y elastómeros (Nanni et al., 2021; Ambrósio et al., 2011; Moses et
al., 2017).
pág. 3545
• Cáscara de huevo: Se ha utilizado en termoplásticos (LDPE, PP, PVC, epóxicos, GFRP), películas de
almidón, materiales de cambio de fase a base de PEG, metales, cerámicos y bioimplantes híbridos
(Vandeginste, 2021; Admase et al., 2025; Aribia et al., 2024; Gbadeyan et al., 2020; Sunardi et al., 2023;
Perera et al., 2025; Shukla et al., 2024; Shin et al., 2020; Skórczewska et al., 2022).
• Existen además aplicaciones en el ámbito de la construcción y materiales cementicios para virutas de
WBL (Canhada et al., 2023) y para CaCO₃ derivado de cáscara de huevo (Vandeginste, 2021; Sunardi
et al., 2023).
• Los composites con WBL se producen comúnmente mediante mezclado en fundido (extrusores de
doble tornillo o mezcladores internos), seguido de moldeo por inyección o compresión. Sus propiedades
están fuertemente influenciadas por la relación de aspecto de las fibras de cuero y la compatibilidad con
la matriz (Nanni et al., 2021; Raksaksri & Phunpeng, 2022; Nazir et al., 2024).
La cáscara de huevo suele someterse a lavado, secado y molienda (y en algunos casos calcinación o
carbonización), para luego ser incorporada por mezclado en fundido o por moldeo por colada (casting).
La reducción del tamaño de partícula y los tratamientos superficiales mejoran la dispersión y los
incrementos en las propiedades mecánicas (Vandeginste, 2021; Sunardi et al., 2023; Perera et al., 2025;
Shin et al., 2020; Skórczewska et al., 2022).
Ambos rellenos contribuyen a la reducción de residuos peligrosos o voluminosos y disminuyen el uso
de CaCO₃ mineral virgen (Nanni et al., 2021; Vandeginste, 2021; Sunardi et al., 2023; Canhada et al.,
2023).
Las cáscaras de huevo aportan estabilidad térmica, propiedades barrera y, en algunos sistemas,
capacidad de almacenamiento de energía por cambio de fase (Admase et al., 2025; Aribia et al., 2024;
Skórczewska et al., 2022).
El WBL y el polvo de cuero pueden encapsularse de manera segura en matrices poliméricas o
cementicias, limitando la lixiviación de cromo y generando materiales funcionales (Canhada et al., 2023;
Moses et al., 2017).
Los composites basados en residuos de cuero wet blue y polvo de cáscara de huevo muestran de manera
consistente un incremento en la rigidez y, con frecuencia, mejoras en la resistencia mecánica y la
estabilidad térmica, a costa de una reducción en la ductilidad cuando la adhesión interfacial no se
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encuentra optimizada. La selección de la matriz, el tamaño y la relación de aspecto de las partículas, así
como la modificación superficial, son factores críticos para ajustar el desempeño del material,
permitiendo que estos rellenos derivados de residuos contribuyan al desarrollo de materiales sostenibles
de grado ingenieril.
METODOLOGÍA
Obtención de la cascara de chocho y almidón de yuca
La cáscara, de chocho desamargado, y pulverizada se adquirió en Sigchos, Cotopaxi, Ecuador, mientras
que el almidón de yuca se obtuvo en mercados de Ambato.
Caracterización de la cáscara de chocho y almidón de yuca
• Índice de solubilidad en agua, absorción de agua y poder de hinchamiento:
• Los ensayos se realizaron siguiendo la metodología propuesta por Ichina (2021). Se pesaron
1,25 g de muestra seca, a los que se adicionaron 30 mL de agua destilada previamente calentada
a 60 °C. La suspensión se agitó de manera constante y se incubó en un baño termostatizado a
60 °C durante 30 min, con el fin de promover la hidratación y el hinchamiento del material.
Posteriormente, la mezcla se centrifugó a 4900 rpm durante 30 min, separándose la fracción
gelificada del sobrenadante. Finalmente, se cuantificaron la fracción insoluble y el gel formado
para el cálculo del índice de solubilidad en agua, la absorción de agua y el poder de
hinchamiento.
• pH: Según INEN-ISO 1842 (INEN, 2013), se preparó una disolución de 5 g de muestra en 25
mL de agua, agitando hasta homogeneizar y midiendo con pH-metro calibrado a 25 °C.
• Humedad: Se pesaron 5 g de muestra y se determinó en balanza de humedad infrarroja (Mettler
Toledo, 2023).
• Contenido de ceniza: Se pesaron 3 g de muestra y se incineró a 550 °C en mufla (AOAC, 2019).
• Viscosidad: Se disolvieron 25 g de cada muestra en 500 mL de agua, se hirvió 10 min, se enfrió
a 25 °C y se midió con viscosímetro (Brookfield Engineering, 2021).
• Entalpía y temperatura de gelatinización: Se analizaron 5–10 mg de muestra en DSC (Mettler
Toledo, 2024), registrando el pico endotérmico y calculando ΔH.
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Formulación y desarrollo de la biopelícula
Se mezcló cáscara de chocho, almidón de yuca, glicerol y agua según el diseño experimental. Se
homogenizó y calentó hasta gelatinización (80 °C), se enfrió a 60 °C y se incorporó glicerol, hasta
homogeneizar. Por casting, se vertieron ~20 g de mezcla en cajas Petri y se secaron a 60 °C durante 12–
24 h (Urgilés, 2021).
Diseño Experimental
Se aplicó un diseño factorial de tres factores y dos niveles (Moreno et al., 2024), variando
concentraciones de cáscara de chocho, almidón de yuca y glicerol, manteniendo ácido acético (0,5 %) y
agua (80 %) constantes, como control se utilizaron bolsas de plástico de polietileno comercial de espesor
0,03 mm. Se utilizó un análisis estadístico ANOVA para determinar si los factores tuvieron un efecto
significativo en las propiedades de la biopelícula.
Tabla 1. Diseño experimental factorial para la formulación de biopelículas
Tratamiento
A: Cáscara de Chocho
(%)
B: Almidón de yuca
(%)
C: Glicerina
(%)
T1
3,5
2,5
3,5
T2
7
2,5
3,5
T3
3,5
6
3,5
T4
7
6
3,5
T5
3,5
2,5
6,5
T6
7
2,5
6,5
T7
3,5
6
6,5
T8
7
6
6,5
Control = Bolsa de polietileno de baja densidad
Caracterización de las biopelículas
Propiedades fisicoquímicas y funcionales
• Espesor: Se midieron muestras de 2,5×2,5 cm con micrómetro (Ichina, 2021) y se calculó el
promedio por tratamiento.
• Humedad: Se pesó 3 g de biopelícula y se determinó en la balanza de humedad por infrarrojo
(Mettler Toledo, 2023).
• Solubilidad en agua: Muestras de 4×4 cm se agitaron en agua durante 1 h, filtraron y secaron a
40 °C (Urgilés, 2021).
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• Permeabilidad al vapor de agua: Se utilizó gel de sílice, desecador a 100% HR y pesaje cada
hora durante 6 h; se calculó WVP según ASTM D1653-93 (ASTM International, 2021).
• Viscosidad: Se evaluaron soluciones de 3 g de muestra en RVA antes del secado (Perten
Instruments, 2011).
• Entalpía de gelatinización: Muestras de 5–10 mg se analizaron con DSC, registrando el pico
endotérmico y ΔH (Mettler Toledo, 2024).
Propiedades funcionales
• Color: Se midió con colorímetro Konica Minolta (2023) en parámetros L*, a*, b*.
• Transparencia: Se evaluó por espectrofotometría UV-VIS (200–800 nm) según Moreno et al.
(2024).
Propiedades mecánicas y biodegradables
• Resistencia mecánica: Ensayo de tracción con analizador de textura Brookfield CT3.
• Propiedades térmicas: El análisis DSC se realizó en un equipo TA Instruments, utilizando
cápsulas de aluminio y una cápsula vacía como referencia. Se analizaron 30–40 mg de muestra
bajo atmósfera de nitrógeno con un flujo de 20 mL/min. Los ensayos se efectuaron desde
temperatura ambiente hasta 300 °C, registrándose el flujo de calor en función de la temperatura.
A partir de los termogramas se determinaron Tonset, Tend y la entalpía de gelatinización (ΔH)
mediante la integración del pico endotérmico, con corrección de línea base y normalización por
la masa de la muestra (J/g).
• Integridad: Evaluación en simuladores de alimentos (agua destilada y aceite de oliva) siguiendo
ASTM D1653-93 (2021) y RTE INEN 100 (2014).
• Biodegradabilidad: Se expusieron a aire, agua y entierro en suelo orgánico con seguimiento
visual durante 28 días (Urgilés, 2021).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización de la materia prima
Índice de solubilidad en agua, absorción de agua y poder de hinchamiento
Los resultados presentados en la Figura 1, evidencian que el almidón de yuca exhibió una mayor
absorción de agua (6,09 g/g) y mayor poder de hinchamiento (6,15 g/g) en comparación con la cáscara
pág. 3549
de chocho (3,65 g/g y 3,69 g/g, respectivamente), diferencias que resultaron estadísticamente
significativas (p < 0,001). Este comportamiento se atribuye a la composición estructural del almidón, el
cual está constituido típicamente por 20–30 % de amilosa y 70–80 % de amilopectina, siendo esta última
responsable de la elevada capacidad de hidratación y expansión granular debido a su estructura
altamente ramificada (Chamorro et al., 2025). En contraste, la cáscara de chocho contiene una mayor
proporción de fibra insoluble y estructuras lignificadas, las cuales restringen la penetración del agua y
limitan los fenómenos de hinchamiento y absorción. Por el contrario, la solubilidad en agua fue similar
para ambas matrices (3,22 % en almidón y 3,08 % en cáscara), sin diferencias significativas (p = 0,390),
lo que indica que este parámetro no constituye un criterio discriminante para diferenciar funcionalmente
el comportamiento hidrofílico de ambos materiales.
Figura 1. Análisis gráfico de la solubilidad, absorción de agua y poder de hinchamiento del almidón de
yuca y la harina de cáscara de chocho, donde (●) Almidón de yuca y (●) Cáscara de chocho
Análisis de pH, humedad, ceniza y viscosidad
El análisis fisicoquímico, presentado en la Tabla 2, mostró que ambos materiales tenían pH ligeramente
ácido (almidón 5,56; cáscara 5,33; p = 0,069). El contenido de humedad fue mayor en el almidón (12,41
%) que en la cáscara (7,20 %) (p < 0,01), mientras que la cáscara presentó más cenizas (2,14 % vs. 0,49
%; p < 0,001), reflejando mayor concentración mineral. La viscosidad del almidón fue
significativamente mayor, indicando su capacidad para formar geles tras la gelatinización, en contraste
con la cáscara, cuya baja viscosidad se asoció a su alto contenido de fibra insoluble y menor porcentaje
de polisacáridos que se pueden gelatinizar. El almidón de yuca mostró propiedades funcionales
superiores para absorción de agua y formación de gel, mientras que la cáscara de chocho destacó por su
aporte mineral y fibroso.
3,22
6,09 6,15
3,08 3,65 3,69
0
1
2
3
4
5
6
7
Solubilidad (%) Absorción de Agua Poder de Hinchamiento
pág. 3550
Tabla 2. Análisis de pH, humedad, ceniza y viscosidad del almidón de yuca y la cáscara de chocho.
Parámetro
Almidón de yuca
Cáscara de chocho
pH
5.56 ± 0.16
5.33 ± 0.15
Humedad (%)
12.41 ± 0.22
7.20 ± 1.22
Ceniza (%)
0.49 ± 0.09
2.14 ± 0.08
Viscosidad (cP)
3350.83 ± 977.45
282.67 ± 67.68
Entalpía de gelatinización
Figura 1. Comparación de la entalpía de gelatinización entre el almidón de yuca y la cáscara de chocho,
(●) Almidón de yuca y (●) Cáscara de chocho.
Al revisar la Figura 2, la entalpía media de gelatinización del almidón de yuca fue de 27,16 ± 2,57 J/g,
indicando la energía requerida para desorganizar su estructura cristalina durante la gelatinización. Este
valor se encuentra dentro del rango reportado para almidones de tubérculos y raíces tropicales (18–25
J/g, Wang et al., 2015; 20–23 J/g, Oliveira et al., 2018). En contraste, la cáscara de chocho presentó una
entalpía significativamente menor, debido a su bajo contenido de almidón, mientras que almidones de
maíz y papa muestran valores mayores (25–30 J/g) por diferencias en estructura granular, tamaño de
cristal y contenido de amilosa (Sánchez & Martínez, 2017), evidenciando que las propiedades térmicas
dependen del origen y procesamiento.
Caracterización de la biopelícula
Las biopelículas evaluadas mediante inspección visual presentaron una morfología homogénea y un
comportamiento mecánico maleable, con la presencia de microburbujas aisladas que no comprometieron
su integridad estructural. Estas características confirman que la adecuada gelatinización del almidón,
junto con la acción plastificante del glicerol, favorece la formación de matrices biopoliméricas
27,16
9,07
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
Almidón de yuca Cáscara de chocho
pág. 3551
continuas, flexibles y con resistencia mecánica suficiente, en concordancia con lo reportado en estudios
previos (Muñoz et al., 2022).
Espesor, humedad, solubilidad y permeabilidad al vapor de agua (PVA)
Tabla 3. Propiedades fisicoquímicas de las biopelículas
Tratamiento
Espesor (mm)
Humedad (%)
Solubilidad (%)
Permeabilidad
(x10-7 g·mm/cm²·h·Pa)
Control
0,03 ± 0,01a
0,27 ± 0,21 a
0,03 ± 0,00 a
* 3,15 E-12 ± 0,00 a
T1
0,40 ± 0,08 c
16,97 ± 0,67 d
24,40 ± 0,56 c
7,87 ± 0,19 h
T2
0,38 ± 0,08 c
12,83 ± 0,71 c
48,66 ± 0,61 h
6,89 ± 0,15 f
T3
0,15 ± 0,03 ab
14,82 ± 0,31 c
21,94 ± 0,87 b
* 6,23 E-08 ± 1,17 b
T4
0,43 ± 0,04 c
15,23 ± 0,91 c
31,43 ± 0,48 d
7,19 ± 0,03 g
T5
0,29 ± 0,09 bc
24,85 ± 0,21g
33,26 ± 0,41 e
2,89 ± 0,14 d
T6
0,25 ± 0,06 bc
17,36 ± 0,42 d
36,94 ± 0,82 f
2,25 ± 0,06 c
T7
0,3 ± 0,07 bc
19,67 ± 0,75 e
22,17 ± 0,33 b
3,34 ± 0,07 e
T8
0,39 ± 0,09 c
21,47 ± 0,58 f
42,43 ± 0,53 g
8,15 ± 0,10 h
Nota. Letras diferentes indican diferencias significativas según la prueba de Tukey (p < 0,05).
El análisis del espesor de las biopelículas (Tabla 3) evidenció que la composición de la formulación tuvo
un efecto estadísticamente significativo sobre esta propiedad (prueba de Tukey, p < 0,05), observándose
valores comprendidos entre 0,15 y 0,43 mm, en contraste con el material de control de polietileno de
baja densidad (LDPE), que presentó un espesor significativamente menor (0,03 mm). Las formulaciones
T1, T2, T4 y T8 conformaron el grupo con mayores espesores (letra “c”), mientras que el tratamiento
T3 generó la biopelícula más delgada (0,15 ± 0,03 mm; grupo “ab”), evidenciando que la variación del
espesor no respondió a un efecto lineal simple de los factores evaluados (Ali et al, 2019).
El comportamiento observado sugiere la presencia de interacciones entre la cáscara de chocho (A) y el
almidón de yuca (B). En formulaciones con bajo contenido de cáscara de chocho (3,5 %) y bajo
plastificante (3,5 %), el incremento del almidón de yuca de 2,5 % (T1) a 6 % (T3) condujo a una
reducción marcada del espesor, lo que puede asociarse a una mayor gelatinización y compactación de la
matriz polimérica. En contraste, cuando la cáscara de chocho se incrementó a 7 %, el aumento del
pág. 3552
almidón de yuca de 2,5 % (T2) a 6 % (T4) produjo un incremento del espesor, posiblemente debido a
una mayor contribución de la fracción fibrosa que limita el empaquetamiento eficiente de las cadenas
poliméricas. Este comportamiento confirma que el efecto del almidón sobre el espesor depende del nivel
de fibra presente en la formulación (de Carvalho, 2021).
Asimismo, el contenido de glicerina (C) mostró una tendencia general a reducir el espesor de las
biopelículas, particularmente en formulaciones con bajo o moderado contenido de almidón, lo que puede
atribuirse al aumento de la movilidad de las cadenas poliméricas y a una mejor redistribución de la
matriz durante el secado. No obstante, este efecto también estuvo condicionado por la interacción con
los factores A y B, reforzando la naturaleza multifactorial del sistema (Prashnanth, 2023).
En comparación con el LDPE, las biopelículas presentaron espesores entre 5 y 14 veces superiores, lo
cual es característico de materiales obtenidos por casting a partir de matrices hidrofílicas. Sin embargo,
estos mayores espesores no se tradujeron en una mejora proporcional de las propiedades de barrera al
vapor de agua, lo que pone de manifiesto que la permeabilidad está dominada principalmente por la
naturaleza química de la matriz y no únicamente por el espesor del material (Ji, et al., 2021 ). En
conjunto, los resultados confirman que el espesor de las biopelículas está fuertemente influenciado por
la composición y las interacciones entre almidón, fibra y plastificante, constituyendo un parámetro clave
para el diseño de formulaciones con propiedades funcionales controladas.
En relación con las demás propiedades fisicoquímicas presentadas en la Tabla 3, todas las biopelículas
mostraron contenidos de humedad significativamente superiores al material de control de polietileno de
baja densidad (LDPE), cuyos valores fueron prácticamente despreciables. Las biopelículas presentaron
humedades comprendidas entre 12,83 % y 24,85 %, lo que confirma el carácter marcadamente
hidrofílico de las matrices basadas en almidón, fibra vegetal y glicerol. En general, las formulaciones
con mayor contenido de glicerina tendieron a presentar mayores valores de humedad, evidenciando el
efecto plastificante y la elevada afinidad del glicerol por el agua, aunque este comportamiento no fue
estrictamente lineal, lo que sugiere la influencia de interacciones entre los componentes de la
formulación (Siddhamsittiwar, 2025).
La solubilidad en agua de las biopelículas se ubicó en un rango elevado (21,94–48,66 %), en marcado
contraste con el LDPE, cuya solubilidad fue prácticamente nula. Los tratamientos T3 y T7 presentaron
pág. 3553
los menores valores de solubilidad, lo que indica una mayor cohesión interna de la matriz biopolimérica
y una menor fracción de componentes lixiviables. Por el contrario, los tratamientos T2 y T8 mostraron
las mayores solubilidades, comportamiento que puede atribuirse a una mayor proporción de plastificante
y a una estructura de red menos compacta, favoreciendo la disolución parcial del material en contacto
con el agua. Estos resultados delimitan claramente el uso de las biopelículas en aplicaciones donde la
exposición prolongada a medios acuosos debe ser evitada (Li, et al 2024).
En cuanto a las propiedades de barrera, la permeabilidad al vapor de agua de las biopelículas se situó en
el orden de 10⁻⁷ g·mm/cm²·h·Pa, valores varios órdenes de magnitud superiores a los del LDPE, lo que
reafirma que la permeabilidad está dominada por la naturaleza química hidrofílica de la matriz más que
por el espesor del material. Entre las formulaciones evaluadas, el tratamiento T3 presentó la menor
permeabilidad, lo que sugiere una microestructura más compacta y una distribución más eficiente de los
componentes poliméricos. No se observó una relación directa entre espesor y permeabilidad, ya que
formulaciones más gruesas no necesariamente presentaron mejores propiedades de barrera, confirmando
que la organización molecular y las interacciones intermoleculares son factores determinantes en el
control de la transferencia de vapor de agua (Del Sommi, 2023).
Viscosidad (RVA)
Los resultados de viscosidad de las soluciones filmógenas mostraron variabilidad, de 52,00 cP en T5
hasta 1 809,33 cP en T3, atribuible a mayores proporciones de almidón y menor plastificante que generan
redes más densas. El pico de viscosidad en frío varió poco entre tratamientos (84,67–92,00 cP) y se
alcanzó en tiempos similares (9,7–9,9 min), indicando que la fluidez inicial y la cinética del proceso no
se vieron afectadas por la composición de las formulaciones.
pág. 3554
Tabla 4. Análisis de viscosidad en el RVA de las soluciones filmógenas de los 8 tratamientos
Tratamiento
Viscosidad final
(cP)
Pico de viscosidad en frío
(cP)
Tiempo en alcanzar el pico
(min)
T1
112,00 ± 10,58
87,50 ± 3,54
9,90 ± 0,04
T2
112,67 ± 18,58
90,00 ± 2,65
9,95 ± 0,04
T3
1809,33 ± 466,07
85,67 ± 0,58
9,87 ± 0,12
T4
743,33 ± 219,58
91,33 ± 2,08
9,65 ± 0,50
T5
52,00 ± 17,35
84,67 ± 6,11
9,98 ± 0,04
T6
88,00 ± 34,60
92,00 ± 7,55
9,98 ± 0,04
T7
1464,00 ± 93,95
88,33 ± 0,58
9,98 ± 0,04
T8
1180,67 ± 249,74
86,00 ± 3,46
9,73 ± 0,23
Entalpía de gelatinización (DSC)
Los tratamientos T3 y T7 presentaron entalpías de gelatinización de 7,20 ± 2,25 J/g y 6,44 ± 1,64 J/g,
respectivamente, tal como se observa en las Figuras 3 y 4, donde ambos tratamientos muestran valores
del mismo orden de magnitud y una superposición parcial de las barras de error. El tratamiento T3
evidenció una entalpía ligeramente superior, lo que indica una mayor energía requerida para la
disrupción de las regiones cristalinas de la matriz polimérica. Este comportamiento puede atribuirse a
su mayor contenido de almidón y menor proporción de plastificante, lo que favorece una red más
compacta y un mayor número de interacciones intermoleculares, especialmente enlaces de hidrógeno,
incrementando la resistencia térmica del sistema (Zhiguang et al., 2022).
pág. 3555
Figura 3. Termogramas DSC de las biopelículas correspondientes a los tratamientos a) T3 y b) T7
a
b
Los valores de entalpía obtenidos son inferiores a los reportados para películas con matrices
predominantemente proteicas o reforzadas con biopolímeros de alta cristalinidad, las cuales suelen
presentar mayor estabilidad térmica debido a interacciones más fuertes entre cadenas (Saberi et al., 2016;
pág. 3556
Muñoz et al., 2022). Estudios recientes han señalado que las biopelículas a base de almidón plastificado
presentan entalpías relativamente bajas, asociadas a una menor organización cristalina y a la acción del
plastificante, que reduce la energía necesaria para la transición térmica (Abdullah et al., 2022; López et
al., 2023). En este contexto, los valores observados para T3 y T7 indican una estabilidad térmica
moderada, adecuada para aplicaciones a temperaturas inferiores a 180–200 °C, evitando procesos
térmicos severos que puedan inducir degradación del material o pérdida de sus propiedades funcionales
(Pulgarín et al., 2022).
Figura 4. Entalpía de gelatinización de los mejores tratamientos
Propiedades ópticas
Colorimetría
La luminosidad (L*) de las biopelículas varió de 61,77 (LDPE) a 80,37 (T7), siendo más claras con
mayor almidón y menor cáscara de chocho, ver Figura 5. Los valores de a* fueron cercanos a cero con
tendencia a verde y b* predominó el amarillo, aumentando con más cáscara. El croma (C*) y ΔE
confirmaron diferencias perceptibles frente al control. Estos resultados concuerdan con de Figueiredo
(2025) y Orsuwan et al. (2017), indicando que la combinación de almidón de yuca y cáscara genera
películas más claras y saturadas en amarillo.
7,20 6,44
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
Tratamiento 3 Tratamiento 7
pág. 3557
Figura 5. Parámetros de color CIELAB (L, a, b*, C*, ΔE) de las biopelículas según tratamiento
Absorbancia, transparencia e integridad
Las biopelículas presentaron transparencia entre 0,51 y 6,16 %T, mientras que el control PEBD alcanzó
80,45 %T, en la Figura 5. La opacidad dependió de la composición y del glicerol, coincidiendo con
Moreno et al. (2024). En cuanto a las propiedades mecánicas, el tratamiento T4 mostró mayor resistencia
con 6,02 N y menor flexibilidad de 0,26 mm, mientras que T3, T5 y el control fueron más flexibles con
aproximadamente 4 mm pero menos rígidos, de acuerdo con Andrade-Mahecha (2012). La evaluación
de integridad y permeabilidad reveló valores de permeabilidad al agua entre 6,27×10⁻⁹ y 1,77×10⁻⁶
g·mm/cm²·h·Pa y al aceite entre 1,18×10⁻⁹ y 7,26×10⁻⁷ g·mm/cm²·h·Pa. Los tratamientos con mayor
ab
c
aab bc bc
a
bc d
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
L*
Tratamientos
L* luminosidad
bc
e
bbc bc
de
b
cd
a
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
a*
Tratamientos
a*
bc
e
b
bc bc
de
b
cd
a
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
b*
Tratamientos
b*
bc
e
b
bc bc
de
b
cd
a
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
c*
Tratamientos
c*
bc
e
b
bc bc de
b
cd
a
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
∆E
Tratamientos
∆E
ab
c
aab bc bc
a
bc d
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
L*
Tratamientos
L* luminosidad
bc
e
bbc bc
de
b
cd
a
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
a*
Tratamientos
a*
bc
e
b
bc bc
de
b
cd
a
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
b*
Tratamientos
b*
bc
e
b
bc bc
de
b
cd
a
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
c*
Tratamientos
c*
bc
e
b
bc bc de
b
cd
a
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
∆E
Tratamientos
∆E
pág. 3558
permeabilidad al agua perdieron integridad, mientras que la mayoría conservó su estructura frente al
aceite, según ASTM D1653-93 (2021) y RTE INEN 100 (2014).
Tabla 5. Análisis de transparencia, textura e integridad en las biopelículas
Tratamiento
Transparencia
(%)
Textura
Integridad
Pico de
carga (N)
Deformación
(mm)
Permeabilidad
agua
(g·mm/cm²·h·Pa)
×10⁻⁶
Permeabilidad
Aceite
(g·mm/cm²·h·Pa)
×10⁻⁷
T1
0,07 ± 0,06 ab
1,74 ± 0,22ab
2,78 ± 0,41 ab
(1.77065 ±
0.03520) h
(1.58379 ±
0.02006) g
T2
0,01 ± 0,00 a
1,51 ± 0,18
ab
1,28 ± 0,28 ab
(1.47071 ±
0.03443)g
(7.25965 ±
0.04263) h
T3
6,30 ± 4,83 e
0,49 ± 0,05 a
3,94 ± 0,06 b
(1.18777 ±
0.03027) e
(0.26258 ±
0.04184) b
T4
0,70 ± 0,34 cd
6,02 ± 3,60c
0,26 ± 0,14 a
(1.27036 ±
0.02044) d
(0.65449 ±
0.03912) c
T5
1,13 ± 1,29 de
0,39 ± 0,06 a
3,24 ± 0,70 ab
(1.01008 ±
0.02160) b
(0.73500 ±
0.03408) d
T6
0,50 ± 0,06 cd
0,82 ± 0,07 a
1,26 ± 0,04 ab
(1.11009 ±
0.02274) c
(0.758579 ±
0.02138) e
T7
0,61 ± 0,16 cd
1,86 ± 0,09
ab
3,90 ± 0,00 b
(1.60356 ±
0.02267) f
(0.535421 ±
0.03906) a
T8
0,16 ± 0,14 bc
1,18 ± 0,64
ab
2,51 ± 0,91 ab
(1.07415 ±
0.01575) a
(2.21979 ±
0.03876) f
Control
82,57 ± 3,00 f
2,68 ± 0,38 b
3,99 ± 0,02 b
(0.00627 ±
0.01565) a
(0.01182 ±
0.02077) a
pág. 3559
Determinación de la biodegradabilidad de las biopelículas
Las biopelículas elaboradas a partir de cáscara de chocho y almidón de yuca mostraron una degradación
progresiva en suelo orgánico, con una pérdida de masa más acelerada en condiciones de mayor humedad
y actividad microbiana. Durante las etapas iniciales, las películas conservaron su integridad estructural
debido a la resistencia de la matriz biopolimérica; sin embargo, con el tiempo se evidenció un deterioro
gradual, en concordancia con lo reportado por Silva et al. (2020). Estos resultados confirman su
potencial como materiales biodegradables, adecuados para su disposición en entornos naturales y
coherentes con enfoques de sostenibilidad ambiental.
Tabla 6. Biodegradabilidad de películas expuestas al aire, agua y tierra en un rango de 28 días
pág. 3560
CONCLUSIONES
El estudio confirmó la viabilidad técnica de producir biopelículas biodegradables a partir de harina de
cáscara de chocho (Lupinus mutabilis) y almidón de yuca (Manihot esculenta) mediante casting,
valorizando subproductos agroindustriales de origen local. La formulación influyó significativamente
en la estructura y desempeño del material, evidenciándose que mayores proporciones de almidón y
menores contenidos de glicerol favorecieron la formación de redes poliméricas más compactas, con
mayor viscosidad y menor permeabilidad al vapor de agua.
Entre las formulaciones evaluadas, T3 presentó el mejor equilibrio entre propiedades fisicoquímicas,
reológicas y mecánicas, mostrando una mayor eficiencia como barrera frente al vapor y al aceite, aunque
manteniendo el carácter hidrofílico inherente a las matrices basadas en almidón, lo que explica su
desempeño inferior al polietileno de baja densidad. Las biopelículas exhibieron propiedades mecánicas
adecuadas para aplicaciones de baja exigencia estructural, así como mayor estabilidad en medios grasos
que en acuosos, delimitando su campo de uso potencial.
Finalmente, la rápida biodegradación en suelo orgánico confirma el carácter ambientalmente favorable
de estos materiales. En conjunto, los resultados posicionan a las biopelículas desarrolladas,
particularmente la formulación T3, como una alternativa biodegradable viable para aplicaciones de
pág. 3561
contacto indirecto con alimentos, como separadores entre láminas de queso mozzarella, contribuyendo
a enfoques de economía circular y abriendo oportunidades para optimizar sus propiedades de barrera en
estudios futuros.
Conflictos de intereses: los autores declaran que no hay conflictos de intereses.
Agradecimientos: Los autores agradecen sinceramente a la Dirección de Investigación y Desarrollo y
a la Universidad Técnica de Ambato por el valioso apoyo institucional y los recursos proporcionados
para la ejecución del presente trabajo. Esta investigación se desarrolló en el marco del proyecto
“Composites Poliméricos Sostenibles a partir de Residuos Agroindustriales y de Cuero Wet-Blue para
Aplicaciones Ecológicas”, aprobado mediante la resolución UTA-CONIN-2025-0064-R
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