Biocompuestos derivados del trigo como alternativa a los plásticos contaminantes

Científicas de la Universidad de Huelva han obtenido materiales derivados del gluten añadiendo al proceso de elaboración, compuestos de pequeño tamaño que aumentan la permeabilidad, absorción y la rapidez. Además, reducen su tiempo de degradación en 50 días, en vez de los 100 a 1.000 años de los derivados del petróleo. Entre las utilidades destacan soportes para la liberación de medicamentos, el envasado y embalajes, así como la aplicación de fertilizantes en agricultura de forma más efectiva

Autor: Alfonso Jódar


Huelva |
06 de agosto de 2018

Los plásticos derivados del petróleo abarcan múltiples usos, son buenos aislantes para la electricidad y muy resistentes. Sin embargo, presentan un grave problema de contaminación. Según datos del último informe de ONU Medio Ambiente, solo se recicla el 9% de los nueve mil millones de toneladas que se han producido hasta ahora en el planeta. De esta cantidad, 13 millones de toneladas aproximadamente se vierten cada año a los océanos, perjudicando a la biodiversidad, la economía y la salud de las personas.

Para solventar los problemas asociados a estos materiales, investigadoras del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Huelva (UHU) han mejorado compuestos biodegradables derivados del gluten de trigo, que constituyen una alternativa ecológica a los plásticos convencionales, de alto poder contaminante. Para ello, han potenciado su resistencia, permeabilidad o capacidad de absorción, mediante la modificación de su composición con nanopartículas.

Muestras de biopolímeros derivados de proteínas de gluten de trigo, o trigal

Estos bioplásticos, subproductos de la industria agroalimentaria, desaparecen completamente del medio natural en 50 días, en lugar de los 100 a 1.000 años de los que proceden del petróleo. Además, no se usan disolventes y se genera ahorro energético durante su procesado. Entre las utilidades potenciales destacan los dispositivos para liberar de forma controlada medicamentos, antimicrobianos o fertilizantes. También en la industria del envasado o para embalajes.

La base del proyecto, según explica a la Fundación Descubre la científica responsable del estudio, Inmaculada Martínez García, pretende mejorar las propiedades de estos materiales para que realmente puedan aplicarse como producto final. Ésta es una de las conclusiones que se extraen del artículo publicado en la revista Express Polymer Letter.

Una de las novedades que presenta este trabajo consiste en dispersar adecuadamente esas partículas de dimensiones microscópicas o tipo nano, modificando el pH de la proteína. Con ello, se logra un bionanocompuesto que mejora las propiedades mecánicas, de absorción o de permeabilidad a gases, por ejemplo en envases, donde interesa que el oxígeno no pase a través de él.

Para producir esta dispersión, se emplean los mecanismos habituales para la fabricación de plásticos o polímeros derivados del petróleo. “No queríamos cambiar la maquinaria, ni que el proceso tuviera mayor impacto ambiental”, asegura la profesora de Ingeniería Química, que ha realizado el estudio junto con la investigadora Esperanza Cortés Triviño.

El problema reside en su alta hidrofilia, es decir, tienen una gran capacidad de absorber agua del medio. Los expertos buscan que el material no se altere, por ejemplo cuando llueve, que una bolsa no se modifique por la humedad, se deshaga o se vuelva más blanda. Numerosos estudios buscan perfeccionar o conseguir que esas propiedades finales las hagan realmente competitivas frente a los plásticos convencionales procedentes del petróleo.

Partículas cerámicas
El trabajo incide en estudiar el efecto del pH dentro de la estructura o la conformación de la proteína. Asimismo, profundiza en la adición y dispersión de nanopartículas inorgánicas, es decir, en la manera en que se agregan estas sustancias, en este caso arcillas o partículas cerámicas, al producto final, que pudieran mejorar las propiedades de esos materiales.

Además de tardar miles de años en descomponerse y contaminar, tanto la superficie terrestre como los océanos, estos compuestos derivados del petróleo se dividen en microplásticos con el paso del tiempo. Son fragmentos imperceptibles a simple vista, que pueden introducirse en la cadena alimenticia humana al consumir pescados, moluscos o crustáceos, que ingieren estas sustancias al confundirlos con su comida habitual.

Aunque todavía no se ha confirmado el impacto en la salud de las personas, estos materiales también se han detectado en la sal de mesa, el agua embotellada o en la del grifo. Sí se ha constatado cómo afectan a los animales marinos. Muchos de ellos mueren, como el caso de cetáceos, donde se han encontrado bolsas dentro de su cuerpo que han provocado obstrucciones letales.

En la actualidad ya existen gran cantidad de alternativas que estarían basadas en biopolímeros. Entre ellos se pueden encontrar proteínas, lípidos o polisacáridos, como por ejemplo almidones o celulosas. Aún así, según indica Inmaculada Martínez, las propiedades que presentan todavía se tienen que estudiar y mejorar, para que sean realmente competitivos.

Esperanza Cortés Triviño e Inmaculada Martínez García, autoras del trabajo

También se han estudiado las propiedades reológicas, que indican el comportamiento del material, durante la fase de procesado, a diferentes temperaturas, desde el punto de vista de propiedades elásticas y viscosas. Estos materiales se han obtenido mediante un proceso de extrusión, que es el más empleado para fabricar plásticos. En concreto, éstos se han fabricado aproximadamente a 50 grados centígrados (ºC), con lo que han conseguido un elemento con unas propiedades adecuadas, empleando menor temperatura que para obtener polímeros convencionales. Posteriormente, se somete a un moldeo por compresión, a 120 ºC, para que adopte una forma determinada, como por ejemplo un envase, tuberías o film. Este aspecto que se desea se consigue una vez fundido y homogeneizado con los diferentes aditivos que se incluyen.

La experta señala que cada vez se va avanzando más, aunque actualmente, la proteína de gluten de trigo, de forma individual, no puede sustituir en su totalidad a los plásticos convencionales. “Sin embargo, se podrían utilizar como mezclas con otros polímeros, o como capas que pudieran favorecer o mejorar una serie de propiedades y que de alguna forma harían mucho más biodegradables ese producto final”, resalta Inmaculada Martínez.
Dentro de este campo, han realizado otros ensayos utilizando proteínas de soja, o de clara de huevo: “Lo que estamos planteando son ideas innovadoras que realmente puedan abrir nuevos caminos para la obtención de materiales biodegradables”, añade la científica.

El estudio, realizado en el Centro de Investigación en Tecnología de Productos y Procesos Químicos (Pro2TecS), de la Universidad de Huelva, ha recibido financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.
Si continúan los niveles actuales de producción y uso de plásticos derivados del petróleo, informes de ONU Medio Ambiente estiman que, en 2050, se alcanzarán alrededor de 12.000 millones de toneladas de desechos de estos materiales. Ante estas cifras, los gobiernos están reaccionando. Según la Organización de Naciones Unidas, más de 60 países han aplicado medidas, y decenas de estados están elaborando leyes y estrategias, que mitiguen uno de los problemas ambientales más importantes que afectan a la humanidad. En este sentido, los bioplásticos contribuyen a consolidar este cambio de modelo que ayude a preservar el planeta.

Referencias:

Esperanza Cortés Triviño, Inmaculada Martínez García: ‘Wheat gluten/montmorillonite biocomposites: Effect of pH on the mechanical properties and clay dispersion’. Express Polymer Letters. 2018.


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