La investigación es parte del trabajo de posdoctorado de Mussagy en la Universidad de São Paulo (USP) en colaboración con la Universidad Estatal de São Paulo (UNESP), bajo la supervisión del profesor Adalberto Pessoa Junior.
“Nos propusimos buscar alternativas a los pigmentos sintéticos ya los procesos de extracción que utilizan solventes contaminantes. Trabajamos con métodos sostenibles para obtener pigmentos naturales y aplicarlos en la producción de plástico biodegradable utilizando solventes verdes”, dijo Mussagy a Agência FAPESP.
Los pigmentos se han utilizado durante siglos para mejorar o restaurar la apariencia de diferentes productos y garantizar la uniformidad. A medida que los consumidores buscan cada vez más productos más saludables o nutritivos, al mismo tiempo que intentan no dañar el medio ambiente natural, los pigmentos sintéticos están siendo reemplazados por compuestos naturales que son ecológicos y también son biológicamente activos en el sentido de que tienen propiedades antioxidantes y antimicrobianas.
Según los investigadores, los estudios científicos que apunten a la producción o extracción de pigmentos naturales a partir de microorganismos ayudarán a ampliar la oferta de bioplásticos. Estos productos, también conocidos como biopolímeros, representan actualmente menos del 1% de los más de 367 millones de toneladas métricas de plástico que se fabrican cada año en todo el mundo, según European Bioplastics, que representa los intereses de unas 70 empresas miembros.
Según algunas estimaciones, la producción de bioplásticos aumentará de 2,42 toneladas en 2021 a 7,59 millones de toneladas en 2026, en respuesta al aumento de la demanda de materiales alternativos de las industrias de embalaje, electrodomésticos y textil, a medida que aumentan las presiones para reducir el uso de plásticos. derivados del petróleo, debido a la contaminación y los residuos no degradables.
El desarrollo de nuevos biopolímeros es el foco de un grupo de investigación dirigido por Rondinelli Herculano, profesor de la UNESP que colaboró en el desarrollo del bioplástico a base de almidón.
En 2018 se desecharon unos 11 millones de toneladas métricas de plástico en Brasil, lo que corresponde al 13,5% del total de residuos del año y convierte a Brasil en el cuarto mayor productor de residuos plásticos del mundo. La estimación es de la edición brasileña de Plastic Atlas, publicada en noviembre de 2019 por la Fundación Heinrich Böll, una ONG alemana.
La contaminación plástica es una amenaza creciente para todos los ecosistemas, especialmente para los océanos, donde representa el 85% del total de residuos, según Naciones Unidas.
“Los procesos de producción industrial siempre son agresivos, incluso si el producto es biodegradable”, dijo Pereira. “El papel, por ejemplo, es renovable y reciclable, pero en casi todos los casos se produce mediante métodos no sostenibles que consumen enormes cantidades de energía, agua y productos químicos tóxicos. Nuestro estudio demuestra la posibilidad de obtener bioplásticos a través de una plataforma integrada y sostenible”.
El proceso
Los científicos produjeron los carotenoides cultivando Phaffia rhodozyma en un biorreactor. Luego utilizaron líquidos iónicos, solventes eutécticos a base de colina y ácido butírico para extraer los pigmentos de la levadura. La colina es un nutriente similar a la vitamina B producido por el organismo humano y que se encuentra en la naturaleza.
Los líquidos iónicos y eutécticos se consideran disolventes ideales para la extracción de compuestos a partir de matrices naturales, gracias principalmente a su capacidad de solvatación, proceso mediante el cual las moléculas de disolvente rodean e interactúan con iones o moléculas de soluto, o un compuesto iónico se disuelve en una sustancia polar sin formar uno nuevo.
Para maximizar la recuperación de astaxantina (uno de los antioxidantes naturales más importantes producidos por levaduras y microalgas) y betacaroteno, los investigadores probaron cinco concentraciones de biomasa-solvente (sólido-líquido), considerado un parámetro clave en los procedimientos de ruptura celular para recuperar moléculas intracelulares. de la biomasa microbiana. La concentración que aumentó en ambos fue de hasta 0,2 g mL−1 de células de levadura húmedas.
“Usamos los biodisolventes para que el pigmento se extrajera de la biomasa de levadura y se pudiera aplicar. Detectamos que el solvente con mejor resultado extrajo el pigmento de la biomasa del microorganismo y también actuó como plastificante para los envases”, dijo Valéria de Carvalho Santos Ebinuma, docente de la UNESP y coautora de Química Verde “ Artículo caliente”.
“Se necesita una inversión constante a largo plazo si queremos fomentar la investigación de primer nivel, por lo que el apoyo de la FAPESP es importante”, dijo Mussagy. “Después de años de investigación sobre el desarrollo de procesos sustentables para producir y extraer pigmentos de fuentes microbianas, hemos visto nuestro trabajo reconocido por una revista científica que es uno de los mejores 5% en el campo de la sustentabilidad”.
Para Pereira, el enfoque multidisciplinario utilizado en el estudio es importante. “Es una recompensa por los esfuerzos constantes de Mussagy y muestra la importancia de la sinergia entre instituciones e investigadores”, dijo.
Mussagy dijo que los próximos pasos se centrarán en la aplicación de los resultados para demostrar que los envases con este tipo de plástico “verde” se pueden utilizar para diversos fines, sobre todo en la industria alimentaria.
