06.10.2020 - Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)

Las bacterias alimentadas con una dieta personalizada producen polímeros biodegradables para el envasado alternativo en la industria cosmética

Reemplazar los disolventes dañinos con la tecnología de cambio de presión

Alemania genera alrededor de 38 kilogramos de desechos plásticos per cápita cada año. En un proyecto conjunto con la Universidad de Stuttgart y LCS Life Cycle Simulation, investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB y del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Procesos y Embalaje IVV están trabajando ahora para establecer un concepto holístico para el uso sostenible de materiales de embalaje biológicamente degradables en la industria cosmética. El proyecto se centra en los polihidroxialcanoatos (PHAs), que tienen propiedades similares a las de los plásticos convencionales pero se producen a partir de microorganismos y sin utilizar materias primas de origen fósil.

Hasta la fecha, las bacterias del laboratorio de la Dra. Susanne Zibek en el Fraunhofer IGB en Stuttgart se han alimentado de una gran variedad de materiales de desecho, que van desde residuos de madera y residuos de aceite y azúcar hasta glicerol procedente de la producción de biodiesel. Cada una de estas fuentes de alimentación basadas en el carbono hace que las bacterias produzcan gránulos específicos de almacenamiento intracelular. Estos llamados polihidroxialcanoatos (PHAs) son el centro de SusPackaging, un proyecto de investigación que se está llevando a cabo en cooperación con Fraunhofer IVV en Freising, la Universidad de Stuttgart y LCS Life Cycle Simulation, que se encuentra en la ciudad de Backnang. Los investigadores del Fraunhofer IGB están tratando de crear polímeros biodegradables de base biológica como sustituto de los envases de plástico en la industria cosmética. Lo que distingue al proyecto es su intento de establecer una cadena de valor totalmente verde. Como explica la Dra. Ana Lucía Vásquez-Caicedo del Fraunhofer IGB, es nuevo un concepto holístico centrado en la sostenibilidad: "Muchos estudios se concentran en aspectos individuales, pero es raro ver una consideración de toda la cadena de procesos hasta una evaluación de la calidad de los materiales".

El proceso comienza con el cultivo de la bacteria. La Dra. Susanne Zibek, directora de grupo del Grupo de Tecnología de Procesamiento de Alimentos, y su colega el Dr. Thomas Hahn están investigando cómo se pueden utilizar microorganismos específicos para producir diferentes PHA con diferentes estructuras, y cómo la elección del alimento influye en sus características. "Básicamente, estamos tratando de crear nuevas variantes estructurales, de modo que podamos ver si el polímero producido es adecuado como material de envasado", explica Zibek. El grupo de trabajo cuenta con el apoyo de investigadores de la Universidad de Stuttgart, que están examinando más de cerca varias características de los microorganismos, incluyendo la medida en que pueden adaptarse a las sustancias tóxicas que podrían estar contenidas en las fuentes naturales de alimentación.

La sustitución de los disolventes nocivos por la tecnología de cambio de presión

Antes de que los APS puedan ser procesados y probados, primero deben ser extraídos de los microorganismos. Este es el campo de especialización de Vásquez-Caicedo, director de grupo del Grupo de Tecnología de Procesamiento de Alimentos del Fraunhofer IGB. Por regla general, este llamado proceso de purificación utiliza disolventes como el cloroformo. Sin embargo, como explica, el objetivo es alejarse de los disolventes perjudiciales para el medio ambiente. En su lugar, ha desarrollado un método puramente mecánico/físico de disrupción celular. Conocido como tecnología de cambio de presión (PCT), esto implica la adición de un gas de proceso al caldo de fermentación que contiene los microorganismos. El caldo se presuriza entonces, con el resultado de que el gas penetra en el citoplasma de las células. Una rápida disminución de la presión en el caldo destruye las células y libera el PHA.

Tras la purificación, el PHA se envía en forma de polvo blanco al Fraunhofer IVV en Freising. Aquí, se convierte primero en gránulos y luego en una película polimérica. Las pruebas iniciales en pequeñas láminas de este polímero han examinado las características del material, como la estabilidad térmica, la plasticidad y varias propiedades de barrera, esenciales si el futuro embalaje va a proporcionar a los ingredientes cosméticos, por ejemplo, una protección eficaz contra la desecación.

La Dra. Cornelia Stramm de Fraunhofer IVV está feliz con los resultados hasta ahora: "En términos de sus propiedades mecánicas, algunos tipos de PHA aún están demostrando ser algo difíciles de procesar. Tenemos que hacer algunos ajustes allí. Pero en términos de sus propiedades de barrera, los PHA muestran un gran potencial en comparación con otros biopolímeros". Al final de cada ciclo de pruebas, envía los resultados a Stuttgart junto con las recomendaciones para futuras acciones, y entonces el proceso comienza de nuevo.

Basándose en esta información del Fraunhofer IVV, el grupo de trabajo de Zibek en el Fraunhofer IGB ha modificado su estrategia de alimentación. A la bacteria se le da ahora un cosustrato adicional, que aumenta el contenido de valerato del PHA, haciendo así más flexible el producto final.

Mayor mejora con cada bucle de retroalimentación

Aunque los volúmenes son todavía muy bajos y la producción lleva mucho tiempo, el proceso mejora constantemente con cada ciclo de retroalimentación.

Una vez finalizadas las diversas etapas, un análisis del ciclo de vida realizado por el asociado externo del proyecto, LCS Life Cycle Simulation, evaluará la eficiencia energética y la sostenibilidad de todo el proceso a fin de compararlo con los procesos existentes. Los tres investigadores de Fraunhofer ven un gran potencial para los APS. En el futuro, particularmente para pequeños artículos de embalaje desechable, podrían ofrecer una alternativa genuina a los plásticos convencionales basados en el petróleo.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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