Producción de bioplásticos

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Introducción[editar]

Uno de los problemas más grandes de la humanidad es la contaminación por plásticos de origen petroquímico. A nivel mundial, se calcula que 25 millones de toneladas de plásticos se acumulan en el ambiente cada año y pueden permanecer inalterables por un periodo de entre 100 y 500 años. Los plásticos pueden adoptar diversas formas, debido a su fácil manipulación[1], pero estos, al tener una alta conformación molecular, los microorganismos encargados de la degradación no pueden degradarlo de una forma tan rápida y por lo tanto continúan en el ambiente por mucho tiempo. Como solución a este problema se han creado los bioplásticos, estos son polímeros que provienen de fuentes naturales y son biodegradables por los microorganismos.[2]

Los plásticos biodegradables se dividen dependiendo de su procedencia.[editar]

  1. Plásticos biodegradables provientes de la biomasa como el almidón, celulosa, caseína y gluten.
  2. Polímeros a partir de síntesis química utilizando monómeros obtenidos a partir de recursos naturales como el ácido poliláctico (PLA).
  3. Polímeros obtenidos de microorganismos como los polihidroxialcanoatos (PHA).[3]

1. Almidón.[editar]

El almidón ha ganado importancia en el desarrollo de nuevos productos por el bajo costo y la alta disponibilidad a partir de diferentes fuentes como cereales, tubérculos y leguminosas. El almidón es un polímero de glucosa formado por dos polímeros que son la amilosa y la amilopectina. La amilosa es un polímero lineal que consiste en más de 6000 unidades de glucosa enlazadas mediante uniones glucosídicas α-1,4. La amilopectina está formada por cadenas lineales de aproximadamente 60 unidades de glucosa, unidas por enlaces α-1,4 y y cadenas laterales de 15-45 residuos de glucosa unidas mediante enlaces α-1,6.[4]

El almidón se puede convertir a un material termoplástico por la destructuración granular en presencia de plastificantes (agua, glicerol, sorbitol, xilitol, entre otros). Dependiendo de las condiciones de procesamiento y contenido de plastificante, el procesamiento termomecánico de almidón granular con la ayuda de plastificantes y aceleradores de fluencia en fusión, da un tipo de almidón complejo (material plástico). La destructuración del almidón es la fragmentación parcial de la estructura cristalina dentro de los polisacáridos. Los almidones nativos pueden ser destructurados dentro de los sistemas de doble extrusor de tornillo que giran conjuntamente por una alimentación controlada de aditivos adecuados (agua, glicerol) en combinación con los parámetros de funcionamiento definidos.[5] Existe mucho interés en la utilización de almidón termoplástico TPS por sus siglas en inglés, para el desarrollo de todo tipo de plásticos biodegradables. Sin embargo, hay problemas en la estabilidad estructural de los TPS desarrollados a partir de almidones nativos, provocados por su rigidez o fragilidad debido a la absorción de agua; la recristalización de las cadenas poliméricas de amilosa y amilopectina, producto del envejecimiento del material en el tiempo, entre otros.[6]

Productos a base de almidón.[editar]

Con el almidón y la celulosa, los productos que se han elaborado son los cubiertos, envases y bolsas, pero debido a que no son tan resistentes ni flexibles se ocupan para envasar productos secos, debido a que si estan en contacto con el agua, se degradan muy fácilmente.

2. Ácido poliláctico (PLA).[editar]

El PLA es un polímero formado por una molécula de L-lactida procedente de la fermentación de carbohidratos, el PLA es procesado en un termoplasto rígido que puede ser cristalino, convirtiéndose en un polímero versátil como el PET. Pero debido a su alto costo sólo se enfoca en aplicaciones biomédicas y suturas.

El PLA se obtiene a partir de la conversión del ácido láctico a su dímero deshidratado, el proceso comienza cuando se produce ácido láctico por fermentación de dextrosa, se sigue una reacción continua de condensación del L-ácido láctico, obteniendo L-lactida siendo ésta el prepolímero de bajo peso molecular, posteriormente se rompe el anillo de L-lactida, se polimeriza hasta obtener un polímero de alto peso molecular del PLA.[7]

Productos a base de PLA[editar]

Los productos que se pueden obtener a través del PLA son bolsas de transporte, capas de sellado térmico y etiquetas.

3. Los Polihidroxialcanoatos (PHA).[editar]

Los PHA son producidos por microorganismos, éstos son poliésteres compuestos por monómeros de (R)-3-hidroxiácidos, generalmente lineales, en los cuales, el grupo carboxilo forma un enlace éster con el grupo hidroxilo con el monómero siguiente.[8] Éstos poliésteres alifáticos naturales son sintetizados y se almacenan en el citoplasma de la célula como reserva de carbono y energía en forma de cuerpos insolubles.[9]

Una vez que los PHA se extraen de la célula bacteriana, estas moléculas muestran propiedades de los materiales que son similares a algunos plásticos comunes, tales como el polipropileno. El origen bacteriano de los PHA hacen estos poliésteres de un material natural, y de hecho, muchos microorganismos han desarrollado la capacidad de degradar estas macromoléculas. Además de ser biodegradables, los PHA son reciclables como los termoplásticos petroquímicos.[10]

Productos a base de PHA[editar]

Este tipo de biplásticos, se comercializan como cubiertos de plásticos y películas para embalaje, ya que son resistentes al calor, a la grasa y al aceite.

El PLA es el termoplástico de mayor interés industrial debido a sus propiedades características se utiliza para el envase de alimentos, sin embargo para la producción de películas flexibles presenta desventajas como baja flexibilidad y bajas propiedades de barrera. Para solucionar este problema se ha optado por mezclarlo con otro polímero más cristalino, como el poli(hidroxibutirato)(PHB). Así las mezclas PLA-PHB han sido importantes para el desarrollo de películas biobasadas y biodegradables para envases alimentarios.[11]

  1. • Ortíz, M. L. (2013, 27 de mayo). El impacto de los plásticos en el ambiente [en línea]. La jornada ecológica. Recuperado el 2 de mayo de 2016 de http://www.jornada.unam.mx/2013/05/27/eco-f.html.
  2. • Salgado, R. (2016). Bioplásticos: Productos Biodegradables. Saber más. Recuperado el 2 de mayo de 2016, de http://www.sabermas.umich.mx/archivo/secciones-anteriores/tecnologia/141-numero-18/285-bioplasticos-productos-biodegradables.html.
  3. • Salgado, R. (2016). Bioplásticos: Productos Biodegradables. Saber más. Recuperado el 2 de mayo de 2016, de http://www.sabermas.umich.mx/archivo/secciones-anteriores/tecnologia/141-numero-18/285-bioplasticos-productos-biodegradables.html.
  4. • Pacheco, G., Flores, N. & Rodríguez-Sanoja, R., (2014). Bioplásticos. BioTecnología, núm.2. Recuperdo el 2 de mayo 2016, de http://www.smbb.com.mx/revista/Revista_2014_2/bioplasticos.pdf.
  5. • Rudnik, E. (2008). Compostable Polymer Materials. Recuperado el día 30 de mayo de 2016, de http://ssu.ac.ir/cms/fileadmin/user_upload/Daneshkadaha/dbehdasht/markaz_tahghighat_olom_va_fanavarihaye_zist_mohiti/e_book/pasmand/Compostable_Polymer_Materials.pdf.
  6. Acosta, H. A., Villada, H.,Torres, G. & Ramírez, J. (2006) Morfología Superficial de Almidones Termoplásticos Agrio de Yuca y Nativo de Papa por Microscopía Óptica y de Fuerza Atómica. La serena. 17 (3) 63-70.
  7. • Hernández, K. (2013). Biodegradación de envases elaborados a base de fécula de maiz, papa, caña de azúcar, papel y oxo-biodegradable. Tesis de Licenciatura. Universidad Nacional Autónoma de méxico.
  8. • Castillo, D. (2008). Efecto del gen fadH1 en la producción de PHA conteniendo monómeros insaturados por Pseudomonas putida. Trabajo de grado. Pontificia Universidad Javeriana.
  9. • Pacheco, G., Flores, N. & Rodríguez-Sanoja, R., (2014). Bioplásticos. BioTecnología, núm.2. Recuperdo el 2 de mayo 2016, de http://www.smbb.com.mx/revista/Revista_2014_2/bioplasticos.pdf.
  10. • Madison, L., Huisman, G. (1999). Metabolic Engineering of Poly(3-Hydroxyalkanoates): From DNA to Plastic. 30 mayo 2016, de NCBI Sitio web: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC98956/
  11. • Arrieta, M. P., López, J., López, D., Kenny, J. M. & Peponi, L. (2016). Películas de mezclas de PLA-PHB para aplicaciones de envases alimentarios sostenibles. Revista de plásticos modernos: Ciencia y tecnología de polímeros. Vol 111(710).