Introducción

La necesidad de buscar alternativas debido a la contaminación ambiental persistente causada por los polímeros sintéticos derivados mayoritariamente de compuestos petroquímicos y resistentes a la biodegradación (11. Rodríguez Sandoval P, Arévalo MI. Los materiales biodegradables, una alternativa a la contaminación de los polímeros sintéticos. Revista de la Escuela de Ingenierías y Tecnologías Unimonserrate [Internet]. 18 de febrero de 2021 [citado 2 de noviembre de 2025];(1):29-37. DOI: http://doi.org/10.29151/reit.n1a3 ) ha posicionado a los biopolímeros como una alternativa tecnológica. Estas macromoléculas de origen biológico poseen una importancia ecológica fundamental debido a su inherente biodegradabilidad, proporcionando su mineralización en el ambiente en un tiempo significativamente menor (22. Wu J, Wang J, Zeng Y, Sun X, Yuan Q, Liu L, et al. Biodegradation: the best solution to the world problem of discarded polymers. Bioresour Bioprocess [Internet]. 1 de diciembre de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];11(1). DOI: http://doi.org/10.1186/s40643-024-00793-1 ). Esta característica es clave, ya que habilita su aplicación en materiales de alto consumo y vida útil corta, como platos, vasos y sorbetes, lo que proporciona que estos utensilios de un solo uso no persistan tras su descarte (33. Dallaev R, Papež N, Allaham MM, Holcman V. Biodegradable polymers: properties, applications, and environmental impact. Polymers (Basel) [Internet]. 1 de julio de 2025 [citado 2 de noviembre de 2025];17(14). DOI: http://doi.org/10.3390/polym17141981 ).

La química de polímeros se enfoca en el estudio de estas macromoléculas orgánicas resultantes de la polimerización de unidades monoméricas, unidas mediante enlaces covalentes (44. Renneboog R. Química de polímeros [Internet]. 2024. p. 1-10. Available from: https://www.ebsco.com/research-starters/engineering/polymer-chemistry#full-article ). La arquitectura molecular de estos compuestos es el factor primordial que determina su amplio espectro de propiedades fisicoquímicas, térmicas y mecánicas. Históricamente, la producción se ha centrado en los polímeros sintéticos, mayoritariamente derivados de compuestos petroquímicos (55. Kaur R, Pathak L, Vyas P. Biobased polymers of plant and microbial origin and their applications - a review. Biotechnology for Sustainable Materials [Internet]. 11 de octubre de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];1(1). DOI: http://doi.org/10.1186/s44316-024-00014-x ).

Este problema se ve agravado por la ineficiencia de los protocolos de reciclaje, que a menudo implican costes energéticos y logísticos prohibitivos en las fases de recuperación, purificación y reprocesamiento. Esta dinámica ha acelerado el cambio climático y ha generado riesgos sanitarios, enmarcando la necesidad urgente de soluciones sostenibles (66. Vroman I, Tighzert L. Biodegradable polymers. Materials [Internet]. 25 de febrero de 2009 [citado 2 de noviembre de 2025];2(1996-1944):307-44. DOI: http://doi.org/10.3390/ma2020307 ).

En respuesta a esta crisis, las investigaciones se han volcado hacia la valorización de los biopolímeros al ser macromoléculas de origen biológico o pueden ser sintetizadas a partir de materias primas renovables, y se postulan como la alternativa sostenible más viable (77. Hernández Silva ML, Guzmán Martínez B. Biopolymers used in the manufacture of food packaging. Revista Publicaciones e investigación [Internet]. 19 de agosto de 2009 [citado 17 de octubre de 2025];3(1900-6608):1900-6608. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=8660003 ). Ecológicamente, su ventaja se centra en la mineralización de la cadena polimérica, un proceso mediado por la acción de enzimas extracelulares microbianas que genera productos inocuos (agua, dióxido de carbono y metano) en comparación con los plásticos petroquímicos (11. Rodríguez Sandoval P, Arévalo MI. Los materiales biodegradables, una alternativa a la contaminación de los polímeros sintéticos. Revista de la Escuela de Ingenierías y Tecnologías Unimonserrate [Internet]. 18 de febrero de 2021 [citado 2 de noviembre de 2025];(1):29-37. DOI: http://doi.org/10.29151/reit.n1a3 ). Esta propiedad es crucial, ya que permite el desarrollo de materiales destinados a usos cortos o únicos (como platos, vasos y sorbetes) que no persisten en el ambiente tras su descarte, cerrando así el ciclo de vida del producto.

Los biopolímeros se clasifican en grupos principales: los derivados de la biomasa (como el almidón, la celulosa y los derivados de la quitina), los sintetizados a partir de monómeros bioderivados, y aquellos sintetizados por microorganismos (polihidroxialcanoatos - PHA) (88. Shah S, Kumar A. Production and characterization of polyhydroxyalkanoates from industrial waste using soil bacterial isolates. Brazilian Journal Microbiology [Internet]. 15 de febrero de 2021 [citado 2 de noviembre de 2025];52:715-26. DOI: http://doi.org/10.1007/s42770-021-00452-z/Published ). Los biopolímeros procedentes de residuos agroindustriales son particularmente atractivos, ofreciendo un bajo coste de adquisición e impulsan un modelo de economía circular.

A pesar de la promesa de los biopolímeros de origen vegetal, los métodos de extracción convencionales presentan limitaciones significativas en rendimiento, pureza y reproducibilidad (99. Mendoza Reyes O. Fabricación y caracterización física de biopolímeros a base de algas [Internet]. Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas; 2024 [citado 17 de octubre de 2025]. Available from: https://repositorio.unicach.mx/bitstream/handle/20.500.12753/5257/Oswaldo%20Reyes.pdf?sequence=1 ). Esta barrera tecnológica subraya la necesidad de desarrollar y optimizar protocolos específicos de aislamiento. Bajo esa perspectiva esta investigación se orienta hacia fuentes vegetales no tradicionales, como Physalis peruviana L., una especie andina cuya composición sugiere un alto potencial biotecnológico (1010. Altamirano Caicedo MA. Estudio de la cadena productiva de uvilla (Physalis peruviana L.) en la Sierra Norte del Ecuador [Internet]. Universidad de San Francisco de Quito; 2010 [citado 17 de octubre de 2025]. Available from: https://repositorio.usfq.edu.ec/bitstream/23000/950/1/95220.pdf ). La optimización del proceso de extracción en esta especie constituye un paso esencial para la valorización de los recursos fitogenéticos andinos y la promoción de tecnologías limpias aplicadas a la producción de biopolímeros (1111. Escalante M, Santos I, Rojas LB, Lárez Velásquez C. Aprovechamiento de desechos orgánicos: 1. Extracción y caracterización del aceite de semillas de naranja colectadas en expendios ambulantes de jugos. Journal Redalyc [Internet]. 3 de diciembre de 2012 [citado 17 de octubre de 2025];7(3):181-6. Available from: https://www.redalyc.org/pdf/933/93325703004.pdf ).

Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación es diseñar y estandarizar un protocolo de extracción de biopolímeros a partir del cáliz de P. peruviana L., con el propósito de evaluar la obtención y potencial aplicación de esta materia prima renovable en el desarrollo de materiales biodegradables con proyección tecnológica, tales como envases y utensilios de un solo uso.

Materiales y Métodos

Resultados y Discusión

En los ensayos 1 y 2 se buscó la formulación de biopolímeros a partir de resina vegetal. En el ensayo 1, el material obtenido presentó una textura quebradiza y polvorosa, con una coloración verde clara, lo que indica una polimerización incompleta y baja cohesión estructural. En cambio, el ensayo 2 generó un biopolímero de consistencia pegajosa y tonalidad verde oscura, lo cual demuestra una mayor retención de compuestos resinosos y un proceso de secado menos eficiente (Figura 1).

En el ensayo 3, basado en la extracción de celulosa, se obtuvo un biopolímero de color amarillo intenso, con una masa opaca y sin evidencia de polimerización efectiva. En cuanto a los subensayos 3.1 y 3.2, ambos presentaron una textura blanda y húmeda, y conservaron una tonalidad amarilla incluso después de 24 horas de secado en estufa, sin alcanzar la formación de una matriz polimérica consolidada. Por el contrario, el subensayo 3.3 mostró los resultados más favorables, revela una estructura más uniforme, color blanquecino, superficie lisa y brillante, y un grado de transparencia comparable al de un biopolímero convencional (Figura 2).

Por último, en el ensayo 4 se obtuvo un film de tonalidad blanquecina con tendencia a la transparencia, caracterizado por una superficie lisa, homogénea y con brillo evidente. Estas propiedades se mantuvieron estables y consistentes tanto bajo condiciones de secado acelerado en estufa como durante el secado a temperatura ambiente (Figura 3).

Los resultados en la evaluación de la transparencia mostraron variaciones entre los diferentes ensayos realizados. Los filmes elaborados a base de resina (ensayos 1 y 2) presentaron una apariencia totalmente opaca, indicando una baja transmisión de luz a través del material. De forma similar, el biopolímero obtenido únicamente con celulosa (ensayo 3) y la mezcla de celulosa con quitosano (ensayo 3.1) mostraron también una transparencia nula, lo que evidencia un aspecto compacto y sin paso visible de luz. El ensayo 3.2 mezclado con 0,25 g de almidón alcanzó una escala de ligeramente opaco. En contraste, el ensayo 3.3 con 0,50 g de almidón generó un efecto positivo sobre la propiedad óptica del material, alcanzó un grado de transparencia elevado, lo que permitió calificarlo como transparente en la escala de Likert. Asimismo, la muestra correspondiente al ensayo 4, compuesta por celulosa y almidón, mostró características visuales similares, con una superficie homogénea y transparente. La prueba de Kruskal-Wallis evidencia diferencias estadísticamente significativas en los valores de transparencia de los biopolímeros entre los distintos ensayos (H = 74,000; gl = 4; p < 0,001). Estos resultados evidencian variaciones en el grado de transparencia según el tipo de ensayo realizado (Tabla 1).

Las comparaciones por parejas mostraron que las condiciones de ensayo E3.3 y E4 indujeron los mayores cambios significativos en la transparencia del biopolímero en comparación con E3 y E3.1 (p-ajustado 0,000), indicando que estas son las condiciones más efectivas para modificar esta propiedad óptica. No obstante, la transparencia resultante de E3.3 y E4 fue estadísticamente idéntica entre sí (p-ajustado = 1,000). De manera similar, las condiciones E3 y E3.1 también resultaron en una transparencia equivalente (p-ajustado = 1,000). El análisis de los datos (Tabla 2) confirmó la alta influencia de las condiciones de ensayo E3.3, E4 y E3.2 en la transparencia final del biopolímero.

La pérdida total de peso (biodegradabilidad) después de 6 días de exposición a rayos UV se comparó entre los cinco ensayos independientes (E3, E3.1, E3.2, E3.3, E4). El análisis global arrojó un resultado estadísticamente significativo de H (4) = 19,075, con una significación asintótica de p < 0.001. Este resultado indica que existen diferencias significativas en la mediana de la pérdida de peso (biodegradabilidad) entre las condiciones de ensayo aplicadas al biopolímero, lo cual muestra un efecto significativo en la biodegradabilidad del material expuesto a radiación UV (Tabla 3).

El ensayo 1 y 2 resultaron en materiales con texturas quebradizas y pegajosas respectivamente, ilustran los desafíos en el control de la polimerización para alcanzar las características ideales de un biopolímero funcional. Un biopolímero óptimo debe exhibir no solo una integridad estructural adecuada (evitando la fragilidad del ensayo 1), sino también propiedades superficiales no adhesivas y una estabilidad dimensional (a diferencia de la pegajosidad del ensayo 2) (1919. Coreño-Alonso J, Méndez-Bautista MT. Relationship between structure and properties of polymers. Educación Química [Internet]. 2010 [citado 2 de noviembre de 2025];21(4):291-9. DOI: http://doi.org/10.1016/s0187-893x(18)30098-3 ). Estas propiedades están intrínsecamente ligadas al grado de polimerización y reticulación. La fragilidad y la coloración oscura del ensayo 1 se correlacionan con una polimerización incompleta o un bajo peso molecular, lo que compromete la resistencia mecánica y la tenacidad del material (2020. McKeen LW. Introduction to Plastics and Polymers. In: Fatigue and Tribological properties of plastics and elastomers [Internet]. Elsevier; 2010 [citado 2 de noviembre de 2025]. p. 39-50. DOI: http://doi.org/10.1016/b978-0-08-096450-8.00003-x ).

Los resultados de los ensayos de extracción y procesamiento de celulosa revelan una dependencia con las condiciones de formulación para obtener características que se consideren parte de un biopolímero. El ensayo 3, al obtener una masa opaca de color amarillo intenso y sin evidencia de polimerización efectiva, representa un fracaso en el proceso de aislamiento. La opacidad en biopolímeros celulósicos suele deberse a la presencia de impurezas (como lignina o hemicelulosa residuales) o a un alto grado de agregación de fibras (microfibras o nanofibras) que causan una dispersión de la luz significativa (2121. Alvarado-Rojas M, Castro-Brenes J. Celulosa bacteriana: el biopolímero de la naturaleza. Revista Redalyc [Internet]. 21 de marzo de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];37(2215-3241):162-71. Available from: https://www.scielo.sa.cr/pdf/tem/v37n4/699878907014.pdf ).

En los sub-ensayos 3.1 y 3.2, la persistencia de una textura blanda y húmeda después de 24 horas de secado sugiere una alta higroscopicidad, asociada a una estructura polimérica desordenada incapaz de consolidar una matriz estable. La celulosa, componente principal del biopolímero, se caracteriza por su capacidad de formar enlaces de hidrógeno intra- e intercatenarios, los cuales son determinantes para mantener la cohesión y rigidez estructural. Sin embargo, cuando la red polimérica presenta un arreglo más amorfo, la cantidad o estabilidad de dichos enlaces disminuye, lo cual favorece la penetración y retención de agua entre las cadenas. Este comportamiento explica la textura húmeda observada, lo cual indica una menor cristalización de la matriz celulósica y, por tanto, una menor estabilidad estructural del material obtenido (2222. Morán MT, Piñero DC. Redefiniendo la celulosa. La rama verde de los nuevos materiales. Revista Centro de estudios en Diseño y Comunicación [Internet]. Marzo de 2025 [citado 2 de noviembre de 2025];(1668-0227):69-84. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=10145048 ).

El sub-ensayo 3.3, por el contrario, logró las características más prometedoras: estructura uniforme, color blanquecino, superficie lisa y brillante, y un grado de transparencia comparable al de un biopolímero convencional. Este resultado favorable indica que el proceso de extracción y/o formación de la película alcanzó una alta pureza de celulosa (blanquecino) y un arreglo estructural homogéneo. La transparencia en la celulosa se maximiza cuando las fibras se dispersan a nivel nanométrico (nanocelulosa) o cuando se logra una estructura amorfa uniforme que minimiza la dispersión de la luz visible (2323. Pérez-Rodríguez ÁT, Batista-Zaldívar MA, Velásquez-Infante JC, García-Arias JM. Acetato de celulosa del bagazo de la caña de azúcar: plastificación y evaluación de propiedades. Ciencias Holguín [Internet]. marzo de 2014 [citado 2 de noviembre de 2025];XX(1027-2127):1-10. Available from: https://www.redalyc.org/pdf/1815/181529931001.pdf ). El éxito del sub-ensayo 3.3 al obtener una matriz lisa, uniforme y transparente sugiere una estructura molecular que equilibra la integridad para su aplicación con una bioaccesibilidad potencial para su degradación final (2424. Rodríguez-Alba E, Bernal Dubón AE, Gaitán López HE, Godoy CAK, Salguero Mérida JB, Toledo Hernández EM, et al. La Ciencia de los polímeros biodegradables [Internet]. 2013 mar [citado 2 de noviembre de 2025]. Available from: https://www.ugto.mx/investigacionyposgrado/veranos/images/2021/docs/Monografia_Dr_Martinez_Richa_et_al_La_ciencia_de_los_polimeros.pdf ).

El ensayo 4 representa un éxito significativo en la optimización de la formulación del biopolímero, del cual se obtuvo un film con características ópticas y morfológicas ideales: tonalidad blanquecina con tendencia a la transparencia, superficie lisa, homogénea y con brillo evidente, propiedades que son altamente deseables en bioplásticos de alto rendimiento, como los derivados de celulosa, para aplicaciones de empaque (2525. Pérez-Rodríguez AT, Batista-Zaldívar MA, Velásquez-Infante JC, García-Arias JM, et al. Acetato de celulosa del bagazo de la caña de azúcar: plastificación y evaluación de propiedades. Ciencias Holguín. Ciencias Holguín [Internet]. 2014;XX(1):1-10. Available from: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=181529931001 ). La estabilidad y consistencia de estas propiedades, incluso bajo condiciones de secado acelerado en estufa y secado ambiente, es particularmente relevante, ya que demuestra un control superior de la humedad residual y evita la migración de aditivos o la retrogradación de la matriz polimérica, factores que suelen comprometer la calidad del producto final y su desempeño a largo plazo (2626. Flores-Córdova MA, Uribe-Cruz G, Salas-Salazar N, Sáenz-Mendoza A, Calderón-Loera R. Efecto de la temperatura de secado en las propiedades fisicoquímicas, mecánicas y de permeabilidad al vapor de agua de películas de almidón de maíz. Revista Iberoamericana de Polímeros [Internet]. enero de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];25:1-14. Available from: https://reviberpol.org/wp-content/uploads/2024/06/2024-25-1-1-14.pdf ).

Los resultados revelan que la transparencia del film biopolimérico está fuertemente influenciada por la formulación, con diferencias significativas entre los ensayos < 0,001. Las formulaciones puras de celulosa (E3) y celulosa-quitosano (E3.1) resultaron totalmente opacas, sugiriendo una alta cristalinidad o agregación molecular que dispersa la luz (2727. Avérous L, Pollet E. Environmental silicate nano-biocomposites. Green energy and technology [Internet]. 2012 [citado 2 de noviembre de 2025];50. DOI: http://doi.org/10.1007/978-1-4471-4108-2 ). Por el contrario, la incorporación de almidón a niveles óptimos (E3.3 con 0,50 g y E4) demostró un efecto positivo y estadísticamente idéntico (p-ajustado = 1,000) al lograr un grado de transparencia elevado y una superficie homogénea. Este hallazgo se alinea con la investigación actual en biopolímeros, donde la adición de polisacáridos o plastificantes bien dispersos es clave para reducir la rugosidad superficial y la heterogeneidad de la matriz, de modo que mejora la transmisión de luz y se acerca a las propiedades ópticas del plástico convenciona (2828. Rhim JW, Park HM, Ha CS. Bio-nanocomposites for food packaging applications [Internet]. Vol. 38, Progress in Polymer Science. Elsevier Ltd; 2013 [citado 2 de noviembre de 2025]. p. 1629-52. DOI: http://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.05.008 ). El logro de la transparencia en estos films, que además debido a sus componentes (celulosa - almidón) son biodegradables, representan un paso importante hacia la creación de envases sostenibles que puedan competir en funcionalidad con los materiales convencionales (2929. Tajeddin B. Cellulose-Based polymers for packaging applications. lignocellulosic polymer composites [Internet]. 2015 [citado 2 de noviembre de 2025]; 1:477-98. Available from: https://www.researchgate.net/publication/278318257_Cellulose-Based_Polymers_for_Packaging_Applications ).

El análisis de la pérdida total de peso (biodegradabilidad) tras 6 días de exposición a la radiación UV demostró una diferencia estadísticamente significativa entre las formulaciones ensayadas (p < 0,001), indicando que la composición del biopolímero afecta críticamente su estabilidad. La radiación UV actúa como un catalizador de la foto-degradación, que inicia la escisión de las cadenas poliméricas de polisacáridos como la celulosa y el almidón (3030. Afshar S V., Boldrin A, Astrup TF, Daugaard AE, Hartmann NB. Degradation of biodegradable plastics in waste management systems and the open environment: A critical review. J Clean Prod [Internet]. 1 de enero de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];434. DOI: http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.140000 ). Las variaciones observadas en la mediana de la pérdida de peso confirman que los componentes específicos (E3, E3.1, E3.2, E3.3, E4) modulan la susceptibilidad del film a la degradación. Para el desarrollo sostenible, es vital que las formulaciones equilibren una biodegradabilidad rápida con una estabilidad funcional adecuada bajo exposición solar (3131. Singh B, Sharma N. Mechanistic implications of plastic degradation. Polym Degrad Stab [Internet]. marzo de 2008 [citado 2 de noviembre de 2025];93(3):561-84. DOI: http://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2007.11.008 ).

Conclusiones

Introduction

The persistent environmental pollution caused by synthetic polymers, mostly derived from petrochemical compounds and resistant to biodegradation (11. Rodríguez Sandoval P, Arévalo MI. Los materiales biodegradables, una alternativa a la contaminación de los polímeros sintéticos. Revista de la Escuela de Ingenierías y Tecnologías Unimonserrate [Internet]. 18 de febrero de 2021 [citado 2 de noviembre de 2025];(1):29-37. DOI: http://doi.org/10.29151/reit.n1a3 ), has positioned biopolymers as a technological alternative. These biologically sourced macromolecules hold fundamental ecological importance due to their inherent biodegradability, enabling their mineralization in the environment within a significantly shorter time frame (22. Wu J, Wang J, Zeng Y, Sun X, Yuan Q, Liu L, et al. Biodegradation: the best solution to the world problem of discarded polymers. Bioresour Bioprocess [Internet]. 1 de diciembre de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];11(1). DOI: http://doi.org/10.1186/s40643-024-00793-1 ). This characteristic is key, as it allows their application in high-consumption, short-life materials such as plates, cups, and straws, ensuring that these single-use items do not persist after disposal (33. Dallaev R, Papež N, Allaham MM, Holcman V. Biodegradable polymers: properties, applications, and environmental impact. Polymers (Basel) [Internet]. 1 de julio de 2025 [citado 2 de noviembre de 2025];17(14). DOI: http://doi.org/10.3390/polym17141981 ).

Polymer chemistry focuses on the study of these organic macromolecules resulting from the polymerization of monomeric units, linked through covalent bonds (44. Renneboog R. Química de polímeros [Internet]. 2024. p. 1-10. Available from: https://www.ebsco.com/research-starters/engineering/polymer-chemistry#full-article ). The molecular architecture of these compounds is the primary factor determining their wide spectrum of physicochemical, thermal, and mechanical properties. Historically, production has centered on synthetic polymers, mostly derived from petrochemical compounds (55. Kaur R, Pathak L, Vyas P. Biobased polymers of plant and microbial origin and their applications - a review. Biotechnology for Sustainable Materials [Internet]. 11 de octubre de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];1(1). DOI: http://doi.org/10.1186/s44316-024-00014-x ).

This problem is exacerbated by the inefficiency of recycling protocols, which often involve prohibitive energy and logistical costs in recovery, purification, and reprocessing phases. This dynamic has accelerated climate change and generated health risks, framing the urgent need for sustainable solutions (66. Vroman I, Tighzert L. Biodegradable polymers. Materials [Internet]. 25 de febrero de 2009 [citado 2 de noviembre de 2025];2(1996-1944):307-44. DOI: http://doi.org/10.3390/ma2020307 ).

In response to this crisis, research has focused on the valorization of biopolymers, as they are macromolecules of biological origin or synthesized from renewable raw materials and are proposed as the most viable sustainable alternative (77. Hernández Silva ML, Guzmán Martínez B. Biopolymers used in the manufacture of food packaging. Revista Publicaciones e investigación [Internet]. 19 de agosto de 2009 [citado 17 de octubre de 2025];3(1900-6608):1900-6608. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=8660003 ). Ecologically, their advantage lies in the mineralization of the polymer chain, a process mediated by microbial extracellular enzymes that generates harmless products (water, carbon dioxide, and methane), in contrast to petrochemical plastics (11. Rodríguez Sandoval P, Arévalo MI. Los materiales biodegradables, una alternativa a la contaminación de los polímeros sintéticos. Revista de la Escuela de Ingenierías y Tecnologías Unimonserrate [Internet]. 18 de febrero de 2021 [citado 2 de noviembre de 2025];(1):29-37. DOI: http://doi.org/10.29151/reit.n1a3 ). This property is crucial, as it enables the development of materials intended for short or single uses (such as plates, cups, and straws) that do not persist in the environment after disposal, thus closing the product life cycle.

Biopolymers are classified into main groups: those derived from biomass (such as starch, cellulose, and chitin derivatives), those synthesized from bio-derived monomers, and those synthesized by microorganisms (polyhydroxyalkanoates - PHA) (88. Shah S, Kumar A. Production and characterization of polyhydroxyalkanoates from industrial waste using soil bacterial isolates. Brazilian Journal Microbiology [Internet]. 15 de febrero de 2021 [citado 2 de noviembre de 2025];52:715-26. DOI: http://doi.org/10.1007/s42770-021-00452-z/Published ). Biopolymers obtained from agro-industrial residues are particularly attractive, offering low acquisition costs and promoting a circular economy model.

Despite the promise of plant-based biopolymers, conventional extraction methods present significant limitations in yield, purity, and reproducibility (99. Mendoza Reyes O. Fabricación y caracterización física de biopolímeros a base de algas [Internet]. Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas; 2024 [citado 17 de octubre de 2025]. Available from: https://repositorio.unicach.mx/bitstream/handle/20.500.12753/5257/Oswaldo%20Reyes.pdf?sequence=1 ). This technological barrier underscores the need to develop and optimize specific isolation protocols. From this perspective, this research focuses on non-traditional plant sources, such as Physalis peruviana L., an Andean species whose composition suggests high biotechnological potential (1010. Altamirano Caicedo MA. Estudio de la cadena productiva de uvilla (Physalis peruviana L.) en la Sierra Norte del Ecuador [Internet]. Universidad de San Francisco de Quito; 2010 [citado 17 de octubre de 2025]. Available from: https://repositorio.usfq.edu.ec/bitstream/23000/950/1/95220.pdf ). Optimizing the extraction process in this species constitutes an essential step for the valorization of Andean phytogenetic resources and the promotion of clean technologies applied to biopolymer production (1111. Escalante M, Santos I, Rojas LB, Lárez Velásquez C. Aprovechamiento de desechos orgánicos: 1. Extracción y caracterización del aceite de semillas de naranja colectadas en expendios ambulantes de jugos. Journal Redalyc [Internet]. 3 de diciembre de 2012 [citado 17 de octubre de 2025];7(3):181-6. Available from: https://www.redalyc.org/pdf/933/93325703004.pdf ).

Therefore, the objective of the present research is to design and standardize an extraction protocol for biopolymers from the calyx of P. peruviana L., with the purpose of evaluating the yield and potential application of this renewable raw material in the development of biodegradable materials with technological projection, such as packaging and single-use utensils.

Materials and Methods

Results and Discussion

In Assays 1 and 2, the objective was to formulate biopolymers from plant resin. In Assay 1, the material obtained exhibited a brittle and powdery texture with a light green coloration, indicating incomplete polymerization and low structural cohesion. In contrast, Assay 2 produced a biopolymer with a sticky consistency and dark green tone, demonstrating greater retention of resinous compounds and a less efficient drying process (Figure 1).

In Assay 3, based on cellulose extraction, a biopolymer with an intense yellow coloration was obtained, presenting an opaque mass without evidence of effective polymerization. Regarding Sub-Assays 3.1 and 3.2, both exhibited a soft and moist texture and retained a yellowish tone even after 24 hours of oven drying, without achieving the formation of a consolidated polymeric matrix. In contrast, Sub-Assay 3.3 revealed the most favorable results, displaying a more uniform structure, whitish coloration, smooth and glossy surface, and a degree of transparency comparable to that of a conventional biopolymer (Figure 2).

In Assay 4, a whitish film with a tendency toward transparency surface with evident gloss. These properties remained stable and consistent both under accelerated and during ambient was obtained, characterized by a smooth, homogeneous oven-drying conditions drying (Figure 3).

The transparency variations among the different assays produced from resin performed. Films (Assays 1 and 2) exhibited a completely opaque appearance, indicating low light transmission through the material. Similarly, the biopolymer obtained solely from cellulose cellulose-chitos (Assay 3) and then blend (Assay 3.1) also showed null transparency, evidencing a compact aspect with no visible light passage. Assay 3.2, mixed with 0.25 g of starch, reached the “slightly opaque” level on the Likert scale. In contrast, Assay 3.3, with 0.50 g of starch, generated a positive effect on the optical property of the material, achieving a high degree of transparency and being rated as “transparent” on the Likert scale. Likewise, the sample corresponding to Assay 4, composed of cellulose, with a homogeneous and transparent and starch, displayed similar visual characteristics surface. The evidenced statistically Kruskal-Wallis test significant differences in transparency values among the biopolymers across the different assays (H = 74.000; df = 4; p < 0.001). These results highlight variations in transparency depending on the assay type (Table 1).

Pairwise comparisons showed that conditions in E3.3 and E4 induced the most significant changes in biopolymer transparency compared to E3 and E3.1 (adjusted p = 0.000), indicating that these are the most effective conditions optical property for modifying this. However, the transparencyE3.3 and E4 resulting was statistically identical (adjusted p = 1.000). Similarly, conditions E3 and E3.1 equivalent transparency the strong influence also resulted in (adjusted p = 1.000). Data analysis (Table 2) confirmed of conditions E3.3, E4, and E3.2 on the final transparency of the biopolymer.

Total weight loss (biodegradability) after 6 days of UV exposure was compared among the five independent assays (E3, E3.1, E3.2, E3.3, E4). The overall analysis yielded a statistically significant result: H (4) = 19.075, with an asymptotic significance of p<0.001. This indicates significant differences in the median weight loss (biodegradability) among the assay conditions applied to the biopolymer, demonstrating a meaningful effect of UV radiation on the material’s biodegradability (Table 3).

Assays 1 and 2 produced materials with brittle and sticky textures, respectively, illustrating the challenges in controlling polymerization to achieve the ideal characteristics of a functional biopolymer. An optimal biopolymer should exhibit not only adequate structural integrity (avoiding the brittleness observed in Assay 1) but also nonadhesive surface properties and dimensional stability (unlike the stickiness of Assay 2). These properties are intrinsically linked to the degree of polymerization and crosslinking. The brittleness and dark coloration of Assay 1 correlate with incomplete polymerization or low molecular weight, which compromise the material’s mechanical strength and toughness (1919. Coreño-Alonso J, Méndez-Bautista MT. Relationship between structure and properties of polymers. Educación Química [Internet]. 2010 [citado 2 de noviembre de 2025];21(4):291-9. DOI: http://doi.org/10.1016/s0187-893x(18)30098-3 ).

Results from the cellulose extraction and processing assays reveal a dependence on formulation conditions to obtain characteristics consistent with a biopolymer. Assay 3, which produced an opaque mass with an intense yellow color and no evidence of effective polymerization, represents a failure in the isolation process. Opacity in cellulosic biopolymers is often due to residual impurities (such as lignin or hemicellulose) or a high degree of fiber aggregation (microfibrils or nanofibrils) that causes significant light scattering (2121. Alvarado-Rojas M, Castro-Brenes J. Celulosa bacteriana: el biopolímero de la naturaleza. Revista Redalyc [Internet]. 21 de marzo de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];37(2215-3241):162-71. Available from: https://www.scielo.sa.cr/pdf/tem/v37n4/699878907014.pdf ).

In sub‑assays 3.1 and 3.2, the persistence of a soft, moist texture after 24 hours of drying suggests high hygroscopicity associated with a disordered polymeric structure unable to consolidate a stable matrix. Cellulose, the main component of the biopolymer, is characterized by its ability to form intra‑ and interchain hydrogen bonds that are critical for maintaining cohesion and structural rigidity. However, when the polymer network is more amorphous, the number or stability of these bonds decreases, favoring water penetration and retention between chains. This behavior explains the observed moist texture and indicates lower crystallinity of the cellulosic matrix and, therefore, reduced structural stability of the obtained material (2222. Morán MT, Piñero DC. Redefiniendo la celulosa. La rama verde de los nuevos materiales. Revista Centro de estudios en Diseño y Comunicación [Internet]. Marzo de 2025 [citado 2 de noviembre de 2025];(1668-0227):69-84. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=10145048 ).

By contrast, sub‑assay 3.3 achieved the most promising characteristics: a uniform structure, whitish color, smooth and glossy surface, and a degree of transparency comparable to that of a conventional biopolymer. This favorable outcome indicates that the extraction and/or film‑formation process reached a high cellulose purity (whitish appearance) and a homogeneous structural arrangement. Transparency in cellulose is maximized when fibers are dispersed at the nanoscale (nanocellulose) or when a uniform amorphous structure is achieved that minimizes visible light scattering (2323. Pérez-Rodríguez ÁT, Batista-Zaldívar MA, Velásquez-Infante JC, García-Arias JM. Acetato de celulosa del bagazo de la caña de azúcar: plastificación y evaluación de propiedades. Ciencias Holguín [Internet]. marzo de 2014 [citado 2 de noviembre de 2025];XX(1027-2127):1-10. Available from: https://www.redalyc.org/pdf/1815/181529931001.pdf ). The success of sub‑assay 3.3 in producing a smooth, uniform, and transparent matrix suggests a molecular structure that balances integrity for application with potential bioaccessibility for final degradation (2424. Rodríguez-Alba E, Bernal Dubón AE, Gaitán López HE, Godoy CAK, Salguero Mérida JB, Toledo Hernández EM, et al. La Ciencia de los polímeros biodegradables [Internet]. 2013 mar [citado 2 de noviembre de 2025]. Available from: https://www.ugto.mx/investigacionyposgrado/veranos/images/2021/docs/Monografia_Dr_Martinez_Richa_et_al_La_ciencia_de_los_polimeros.pdf ).

Assay 4 represents a significant success in optimizing the biopolymer formulation, yielding a film with ideal optical and morphological characteristics: a whitish hue tending toward transparency, a smooth, homogeneous surface with evident gloss-properties that are highly desirable in high‑performance bioplastics derived from cellulose for packaging applications (2525. Pérez-Rodríguez AT, Batista-Zaldívar MA, Velásquez-Infante JC, García-Arias JM, et al. Acetato de celulosa del bagazo de la caña de azúcar: plastificación y evaluación de propiedades. Ciencias Holguín. Ciencias Holguín [Internet]. 2014;XX(1):1-10. Available from: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=181529931001 ). The stability and consistency of these properties, even under accelerated oven drying and ambient drying conditions, are particularly relevant because they demonstrate superior control of residual moisture and prevent additive migration or matrix retrogradation, factors that commonly compromise final product quality and long‑term performance (2626. Flores-Córdova MA, Uribe-Cruz G, Salas-Salazar N, Sáenz-Mendoza A, Calderón-Loera R. Efecto de la temperatura de secado en las propiedades fisicoquímicas, mecánicas y de permeabilidad al vapor de agua de películas de almidón de maíz. Revista Iberoamericana de Polímeros [Internet]. enero de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];25:1-14. Available from: https://reviberpol.org/wp-content/uploads/2024/06/2024-25-1-1-14.pdf ).

The results reveal that film transparency is strongly influenced by formulation, with significant differences between assays (p < 0.001). Pure cellulose formulations (E3) and cellulose-chitosan blends (E3.1) were completely opaque, suggesting high crystallinity or molecular aggregation that scatters light (2727. Avérous L, Pollet E. Environmental silicate nano-biocomposites. Green energy and technology [Internet]. 2012 [citado 2 de noviembre de 2025];50. DOI: http://doi.org/10.1007/978-1-4471-4108-2 ). In contrast, the incorporation of starch at optimal levels (E3.3 with 0.50 g and E4) produced a positive and statistically identical effect (adjusted p = 1.000), achieving a high degree of transparency and a homogeneous surface. This finding aligns with current research in biopolymers, where the addition of well‑dispersed polysaccharides or plasticizers is key to reducing surface roughness and matrix heterogeneity, thereby improving light transmission and approaching the optical properties of conventional plastics (2828. Rhim JW, Park HM, Ha CS. Bio-nanocomposites for food packaging applications [Internet]. Vol. 38, Progress in Polymer Science. Elsevier Ltd; 2013 [citado 2 de noviembre de 2025]. p. 1629-52. DOI: http://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.05.008 ). Achieving transparency in these films, which are also biodegradable due to their cellulose-starch composition, represents an important step toward creating sustainable packaging that can compete functionally with conventional materials (2929. Tajeddin B. Cellulose-Based polymers for packaging applications. lignocellulosic polymer composites [Internet]. 2015 [citado 2 de noviembre de 2025]; 1:477-98. Available from: https://www.researchgate.net/publication/278318257_Cellulose-Based_Polymers_for_Packaging_Applications ).

Analysis of total weight loss (biodegradability) after 6 days of UV exposure demonstrated a statistically significant difference among the tested formulations (p < 0.001), indicating that biopolymer composition critically affects stability. UV radiation acts as a catalyst for photodegradation, initiating chain scission in polysaccharide polymers such as cellulose and starch (3030. Afshar S V., Boldrin A, Astrup TF, Daugaard AE, Hartmann NB. Degradation of biodegradable plastics in waste management systems and the open environment: A critical review. J Clean Prod [Internet]. 1 de enero de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];434. DOI: http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.140000 ). The observed variations in median weight loss confirm that specific components (E3, E3.1, E3.2, E3.3, E4) modulate the film’s susceptibility to degradation. For sustainable development, it is essential that formulations balance rapid biodegradability with adequate functional stability under solar exposure (3131. Singh B, Sharma N. Mechanistic implications of plastic degradation. Polym Degrad Stab [Internet]. marzo de 2008 [citado 2 de noviembre de 2025];93(3):561-84. DOI: http://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2007.11.008 ).

Assay 4 represents a significant success in optimizing the biopolymer formulation, yielding a film with ideal optical and morphological characteristics: a whitish hue tending toward transparency, a smooth, homogeneous surface with evident gloss-properties that are highly desirable in high‑performance bioplastics, such as those derived from cellulose, for packaging applications (2525. Pérez-Rodríguez AT, Batista-Zaldívar MA, Velásquez-Infante JC, García-Arias JM, et al. Acetato de celulosa del bagazo de la caña de azúcar: plastificación y evaluación de propiedades. Ciencias Holguín. Ciencias Holguín [Internet]. 2014;XX(1):1-10. Available from: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=181529931001 ). The stability and consistency of these properties, even under accelerated oven drying and ambient drying conditions, is particularly relevant because it demonstrates superior control of residual moisture and prevents additive migration or matrix retrogradation, factors that commonly compromise final product quality and long‑term performance (2626. Flores-Córdova MA, Uribe-Cruz G, Salas-Salazar N, Sáenz-Mendoza A, Calderón-Loera R. Efecto de la temperatura de secado en las propiedades fisicoquímicas, mecánicas y de permeabilidad al vapor de agua de películas de almidón de maíz. Revista Iberoamericana de Polímeros [Internet]. enero de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];25:1-14. Available from: https://reviberpol.org/wp-content/uploads/2024/06/2024-25-1-1-14.pdf ).

The results reveal that film transparency is strongly influenced by formulation, with significant differences between assays (p < 0.001). Pure cellulose formulations (E3) and cellulose-chitosan blends (E3.1) were completely opaque, suggesting high crystallinity or molecular aggregation that scatters light (2727. Avérous L, Pollet E. Environmental silicate nano-biocomposites. Green energy and technology [Internet]. 2012 [citado 2 de noviembre de 2025];50. DOI: http://doi.org/10.1007/978-1-4471-4108-2 ). In contrast, the incorporation of starch at optimal levels (E3.3 with 0.50 g and E4) produced a positive and statistically identical effect (adjusted p = 1.000), achieving a high degree of transparency and a homogeneous surface. This finding aligns with current research in biopolymers, where the addition of well‑dispersed polysaccharides or plasticizers is key to reducing surface roughness and matrix heterogeneity, thereby improving light transmission and approaching the optical properties of conventional plastics (2828. Rhim JW, Park HM, Ha CS. Bio-nanocomposites for food packaging applications [Internet]. Vol. 38, Progress in Polymer Science. Elsevier Ltd; 2013 [citado 2 de noviembre de 2025]. p. 1629-52. DOI: http://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.05.008 ). Achieving transparency in these films, which are also biodegradable due to their cellulose-starch composition, represents an important step toward creating sustainable packaging that can compete functionally with conventional materials (2929. Tajeddin B. Cellulose-Based polymers for packaging applications. lignocellulosic polymer composites [Internet]. 2015 [citado 2 de noviembre de 2025]; 1:477-98. Available from: https://www.researchgate.net/publication/278318257_Cellulose-Based_Polymers_for_Packaging_Applications ).

Analysis of total weight loss (biodegradability) after 6 days of UV exposure demonstrated a statistically significant difference among the tested formulations (p < 0.001), indicating that biopolymer composition critically affects stability. UV radiation acts as a catalyst for photo-degradation, initiating chain scission in polysaccharide polymers such as cellulose and starch (3030. Afshar S V., Boldrin A, Astrup TF, Daugaard AE, Hartmann NB. Degradation of biodegradable plastics in waste management systems and the open environment: A critical review. J Clean Prod [Internet]. 1 de enero de 2024 [citado 2 de noviembre de 2025];434. DOI: http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.140000 ). The observed variations in median weight loss confirm that specific components (E3, E3.1, E3.2, E3.3, E4) modulate the film’s susceptibility to degradation. For sustainable development, it is essential that formulations balance rapid biodegradability with adequate functional stability under solar exposure (3131. Singh B, Sharma N. Mechanistic implications of plastic degradation. Polym Degrad Stab [Internet]. marzo de 2008 [citado 2 de noviembre de 2025];93(3):561-84. DOI: http://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2007.11.008 ).

Conclusions