La académica del Departamento de Química de la USerena, Claudia Bernal, impulsa una revolucionaria investigación que busca dejar de utilizar petróleo en la producción de elementos como el poliéster, creando así alternativas biodegradables.
El poliéster se ha convertido en un pilar de la vida moderna por su combinación de resistencia, versatilidad y bajo costo, estando presente en ropa deportiva y de uso cotidiano, uniformes, tapicería y en su forma PET, en envases y textiles técnicos, lo que facilita productos duraderos y de secado rápido accesibles para millones de personas, por lo que el dejar de contar con su disponibilidad podría tener un serio impacto en la vida como la conocemos.
Con respecto a esto, la académica del Departamento de Química de la Universidad de La Serena, Claudia Bernal dio a conocer que está liderando un proyecto de investigación llamado “Desarrollo de biocatalizadores inmovilizados basados en enzimas oxidasa para producir ácidos derivados de azúcares de manera sostenible”, el que empezó el año 2022 y terminará en marzo del 2026.
La doctora en Ciencias Químicas aseguró que “queremos producir moléculas o compuestos similares al ácido adípico, que es el monómero del poliéster, polímero que se produce con base en la química del petróleo y se usa en todo orden de cosas”.
Para la especialista la importancia de esto se debe a que “la mayoría de la ropa invernal e impermeable es de poliéster, o incluso en uso más específicos como en piezas de automóviles o en la carrera espacial”.
La investigadora también advirtió que “actualmente existe la intención de dejar de explotar los combustibles fósiles y sus derivados, y si bien es algo necesario por el bien del medioambiente, esto presentará una serie de dificultades, ya que no podremos acceder a los precursores de estos materiales, por eso, es de suma importancia que a la par que se hace investigación en combustibles ecológicos, hagamos investigación para una química más sustentable”.
Un proceso más sustentable
Sobre este proyecto, la Dra. Bernal dio a conocer que “buscamos producir ácido glucárico, a modo de producir un símil al ácido adípico, hecho desde biomasa de azúcares”.
Esto se debe a que el ácido glucárico es un precursor prometedor para la producción de bioplásticos y polímeros biodegradables, como el nylon o el PET alternativo, debido a su origen renovable.
El ácido glucárico, también llamado ácido sacárico, es un compuesto orgánico natural derivado de la oxidación del ácido glucónico, que a su vez proviene de la glucosa, cuya fórmula química es C₆H₁₀O₈ y se encuentra de manera natural en varias frutas y verduras, especialmente en naranjas, manzanas, pomelos, brócoli y tomates.
“Este es el ácido más oxidado proveniente de la glucosa, sustancia que a su vez escogimos por ser uno de los azúcares más abundantes en la naturaleza”, destacó.
Ahondando en esto, la académica señaló que “en los residuos agrícolas y de la industria alimentaria podemos encontrar residuos lignocelulósicos, cuya celulosa está hecha de monómeros de glucosa, por lo que tenemos una gran fuente de materia prima para nuestra investigación, la que si logramos oxidar de manera adecuada, nos permitiría producir ácido glucárico, que podría ser el nuevo monómero para producir poliéster de manera más sustentable”.
En relación a esto, la investigadora dijo que “en los azúcares se oxidan los alcoholes o hidroxilos, lo que se puede hacer de muchas maneras, aunque algunas son más sustentables que otras”.
“La glucosa tiene seis alcoholes (OHs), lamentablemente, el proceso químico tradicional para hacer esto es poco sustentable, ya que se deben utilizar ácidos fuertes y temperaturas altas, y además es poco selectivo, ya que se oxidan todos los OHs que están presentes”, puntualizó.
Debido a esto, la experta indicó que “para generar ácido glucárico, solo necesitamos oxidar los dos OHs que se ubican en los extremos, lo que se debe purificar, elevando los costos de producción, por eso, decidimos evaluar el uso de catálisis enzimática para oxidar, cuya ventaja es que es selectiva, ya que si se elige bien la enzima que acompaña el proceso, oxidará lo que nosotros queremos que oxide”.
En línea con esto, la Dra. Bernal detalló que “decidimos usar la enzima glucosa oxidasa y nuestro desafío es modificarla para que reconozca las moléculas de ácido glucónico o el ácido glucorónico, dependiendo del sustrato, y las oxide al mismo tiempo o en paralelo, hasta ser capaz de llegar al ácido glucárico”.
“Nuestra elección se fundamenta en que esta enzima es fácil de conseguir, se usa en panaderías, repostería y en la industria de la cerveza”, agregó.
Sobre este proceso, la académica explicó que “este mejoramiento enzimático se hizo a través de un trabajo con ingeniería de proteínas, para seleccionar cuál es la parte de la enzima que queremos cambiar y por eso se llaman mutantes o variantes enzimáticas”.
“Aunque aún estamos deliberando cual usar, de las cinco variantes enzimáticas que encontramos, dimos con una que es capaz de pasar directamente de glucosa a ácido glucárico, sin ningún otro producto en la reacción. Además tenemos alternativas, ya que podríamos mezclar las otras 4 variantes para llegar a ese monómero”, sostuvo.
Mirando hacia el futuro
Respecto a lo que se podría venir tras este proyecto, la Dra. Bernal adelantó que “ahora que encontramos las variantes que funcionan, debemos ver cómo adaptamos estas cinco variantes al proceso real, es decir, ver con que condiciones de temperatura, solventes y por cuánto tiempo trabajaremos para producir el monómero en una cantidad que sea económicamente viable”.
En lo referente a la importancia de seguir trabajando en esta línea de investigación, la académica enfatizó que “con esta iniciativa estamos buscando dar respuesta a una crisis vigente, que tiene que ver con los descartes agrícolas y cómo podemos intentar darles valor haciendo algo más grande que las mermeladas y conservas y otros subproductos que son de bajo valor económico”.
Además de esto, la experta recalcó que “también estamos adelantandonos a una crisis que se avecina que tiene que ver con la necesidad de potenciar la biocatálisis, ya que los países y regiones como la nuestra tienen la ventaja de que aún podemos partir una revolución industrial con una matriz productiva sana y además tenemos la materia prima”.
Dicho proyecto es financiado por el Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt) Regular, instancia que busca promover la investigación de base científico-tecnológica en las diversas áreas del conocimiento, mediante el financiamiento de proyectos de investigación individual de excelencia, orientados a la producción de conocimiento.
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Fuente: Universidad de La Serena