Producción de bioplásticos mediante fermentación

Plásticos convencionales vs plásticos biodegradables

Los plásticos derivados del petróleo están presentes en la vida cotidiana y son ampliamente utilizados en multitud de aplicaciones. Su uso ha crecido rápidamente en muy pocos años produciendo así millones de toneladas anuales por todo el mundo. Es por ello que ocasionan graves problemas medioambientales, debido a su alto peso y conformación molecular. También la acción de los microorganismos en los procesos degradadores es mínima, por lo cual pueden permanecer en el entorno durante amplios períodos de tiempo (aprox. 100 años) ocasionando como ya se ha mencionado serios problemas.

Las medidas correctoras o métodos que se han adoptado para solucionar el problema de acumulación de residuos plásticos engloban desde el reciclaje hasta la incineración de los mismos, las cuales no son soluciones muy viables debido a que los procesos son costosos, no abarcan todos los deshechos y generan emanaciones gaseosas nocivas para el ambiente, las cuales en los últimos años están siendo más restringidas por las nuevas legislaciones medioambientales.

Por lo tanto, una interesante alternativa para disminuir el impacto ambiental de estos plásticos es reemplazar los polímeros convencionales derivados del petróleo por polímeros biodegradables.

Una amplia variedad de polímeros son sintetizados a partir de materia viva, productos agrícolas y de procesos biotecnológicos. En este contexto, los polímeros de origen biológico tales como derivados del almidón, ácido poliláctico, polímeros celulósicos y polihidroxialcanoatos, juegan un papel importante. Además de ser biodegradables, tienen la ventaja adicional de ser producidos a partir de recursos renovables.

Teniendo en cuenta aspectos tales como las propiedades del material, los polímeros de base biológica podrían potencialmente sustituir a una parte de la producción de polímeros convencionales. No obstante, el mercado potencial de los biopolímeros dependerá en gran medida de su precio y del desarrollo de tecnologías eficientes para su procesado. El gran reto es reducir los costos de producción.

Así, el uso de determinadas materias primas de bajo coste (residuos y subproductos agroindustriales) tiene el potencial de reducir los costes de producción de PHA, ya que los costes de las materias primas contribuyen una parte significativa de los costes de producción en procesos de producción de PHA tradicionales.

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Polihidroxialcanoatos

Los polihidroxialcanoatos (PHAs) constituyen una familia de poliésteres compuestos de ácidos R-3 hidroxialcanoicos acumulados en forma de gránulos intracelulares por microorganismos procariotas (eubacterias y arqueas), representando hasta un 80% de la materia seca total, los cuales representan una alternativa biotecnológica para la producción de plásticos biodegradables y biocompatibles.

Los PHA poseen una amplia gama de propiedades que permiten su aplicación en diversas áreas. Son termoplásticos, insolubles en agua, no tóxicos, biocompatibles y biodegradables. Además estos polímeros están clasificados en dos grandes grupos dependiendo de su conformación: PHASCL (short chain length), los cuales están constituidos por monómeros de 3 a 5 carbonos; y PHAMCL (médium chain length) de 6 a 16 carbonos.

Los PHAs se producen principalmente a través de procesos fermentativos. La producción de PHAs por procesos de fermentación sumergida se ha estudiado intensamente en los últimos 30 años. En los últimos años, se han propuesto otras alternativas, tales como el uso de la fermentación de estado sólido o la producción de PHAs en plantas transgénicas. Así, el artículo revisado (ver referencia final) ofrece una visión general de los procesos de fermentación sumergida y de estado sólido para producir PHAs a partir de materiales de desecho y subproductos tales como melazas, materiales basados en almidón, materiales celulósicos y hemicelulósicos, medios de cultivo a base de suero, medios de cultivo basados en aceites, ácidos grasos y glicerol…

A la vista de los resultados obtenidos, se puede concluir que aunque los costos de producción son hoy en día demasiado elevados para competir con polímeros derivados del petróleo, los avances en estos procesos de fermentación (sumergida y en estado sólido) usando fuentes de carbono de bajo costo junto con los incrementos de los precios del petróleo, hacen que mejore la competitividad y se obtenga un amplio uso de estos biopolímeros.

Por tanto, los polímeros biodegradables y especialmente, los polihidroxialcanoatos desempeñarán más adelante un papel importante en el mercado de los plásticos debido a su biodegradabilidad y al uso de fuentes renovables para su producción.

En la siguiente tabla se puede ver una relación de empresas productoras de PHAs a nivel mundial, con los productos que comercialzan y sus links de acceso.

Nombre de la empresa País Productos Nombre comercial Link
Metabolix/ADM USA P(3HB); (3HO); P(3HB-co-3HV) Mirel www.metabolix.com
PHB industrial Brasil P(3HB); P(3HB-co-3HV) Biocycle www.biocycle.com.br/site.htm
Biomer Alemania P(3HB) Biomer http://biomebioplastics.com/
Mitsubishi Gas Japón P(3HB) Biogreen http://www.biogreen-energy.com/
Bio-on Italia PHA Miner-PHA http://www.minerv.it/index.php

Referencia del artículo:

Leda R. Castilho, David A. Mitchell, Denise M.G. Freire. Production of polyhdroxyalkanoates (PHAs) from waste materials and by-products by sumerged and solid-state fermentation. Bioresource Technology 100 (2009) 5996-6009.

 

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