Investigadores de Ia UNLP proyectan el desarrollo de un biopolímero con desechos pesqueros para sanear el medio ambiente

Se trata del quitosano, que se obtiene a partir del tratamiento de exoesqueletos de crustáceos. Es biodegradable, no tóxico y tiene numerosas aplicaciones en áreas como la medicina, la biotecnología y en el tratamiento de aguas con alta concentración de arsénico o contaminadas con petróleo. Este biopolímero actualmente no se produce en la Argentina y se importa a altísimo costo.

Integrantes del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata, y del Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos (CIDCA- UNLP, CONICET, CIC PBA), dirigidos por la Dra. Noemí Zaritzky, impulsan un proyecto de carácter multidisciplinario para reducir el impacto ambiental derivado de la actividad industrial. Se trata de una iniciativa que pone énfasis en el uso más eficiente de los recursos materiales y energéticos, de modo de incrementar simultáneamente la productividad y competitividad.

Uno de los aspectos principales del proyecto es el aprovechamiento de los desechos generados en Chubut a partir de la captura y el procesamiento de un conjunto de peces y mariscos. En los últimos años, y como consecuencia de la disminución de los recursos tradicionales, surgió interés desde el sector pesquero patagónico para intentar abrir nuevos mercados a partir de posibilidades no explotadas económicamente como son algunos cangrejos de gran porte.

¿De qué se trata? El procesamiento de los crustáceos para el aprovechamiento del músculo deja como residuo sólido de difícil disposición el exoesqueleto, que es rico en material calcáreo y quitina. Esta sustancia se encuentra ampliamente distribuida en el medio ambiente y es el segundo polímero natural más abundante. Sólo es superado por la celulosa. Por ello constituye un importante recurso renovable. La mayoría de sus usos proceden de un compuesto derivado, conocido como quitosano. Se trata de un biopolímero (macromoléculas presentes en los seres vivos) de gran interés debido a sus múltiples aplicaciones ya que se suele usar como agente floculante en el tratamiento de aguas, desinfectante de heridas en medicina y espesante en la industria alimentaria.

El quitosano es biocompatible, cualidad que ha sido muy explotada en la industria biomédica. También es biodegradable y su ventaja radica en su baja solubilidad en agua, lo que amplía sus posibilidades de aplicación. Su costo de producción -que actualmente es muy alto- podría reducirse si se obtiene como subproducto de la industria pesquera en nuestro país.

El proyecto impulsado por el grupo de investigadores encabezados por Zaritzky, profesora titular del Departamento de Ingeniería Química, se propone optimizar las tecnologías para la obtención de quitina y quitosano a partir de exoesqueletos de crustáceos de la zona de Puerto Madryn de manera que, además de remediar el medio ambiente (los residuos pesqueros son una importante fuente de contaminación), se pueda realizar transferencias al sector industrial. De esta forma, se crearían las condiciones para que se pueda montar una planta que, al darle valor agregado al procesamiento de los desechos pesqueros, generaría puestos de trabajo, sustituiría importaciones y hasta posibilitaría que ingresen divisas al país al ser un producto con potencial exportador.

La iniciativa parte de la base de trabajos conjuntos realizados con la Dra. Jimena Dima, integrante del CENPAT (Centro Nacional Patagónico – CONICET). “Este desarrollo empezó con los trabajos de Jimena cuando era becaria del CONICET, quien realizó su tesis doctoral bajo mi dirección en la Facultad de Ingeniería. La tesis era sobre el aprovechamiento de nuevas especies de cangrejos que no estaban siendo explotadas económicamente, en momentos en que industrias pesqueras querían exportar ese tipo de crustáceos. Se hizo todo el desarrollo tecnológico del proceso: cómo se separa el exoesqueleto del músculo, cómo se desnaturalizan las proteínas, como se pasteurizan y se congelan los productos, complementando los trabajos experimentales con el modelado matemático de la transferencia de energía en el proceso”, explica la Dra. Zaritzky, investigadora superior del CONICET y ganadora del premio internacional TWAS 2019 en el área de Ciencias de la Ingeniería (única mujer en obtener la distinción este año).

La investigadora, que fue directora del CIDCA entre 2003 y 2016, agrega: “Luego del proceso, quedaba gran cantidad de exoesqueletos, es decir caparazones de cangrejos, con lo cual buscamos obtener este biopolímero que tiene muchísimas aplicaciones. Pudimos combinar el aprovechamiento de residuos que son contaminantes (porque los desechos se llenan de insectos, en una zona como Puerto Madryn y Trelew donde se capturan más de 40 mil toneladas de crustáceos al año) con aplicaciones para el tratamiento de aguas contaminadas. A partir de esos exoesqueletos se puede generar un valor agregado altísimo”.

El quitosano tiene una acción floculante, es decir, posee la capacidad de aglutinar los sólidos que han sido coagulados y se encuentran suspendidos en el agua. A su vez, por su carácter antifúngico, ha sido utilizado para aplicaciones en la agricultura. También es un excelente formador de fibras, películas y membranas, además de que puede ser preparado en forma de microesferas y microcápsulas lo cual, unido a su biocompatibilidad y biodegradabilidad, admiten su empleo en diversas aplicaciones en las industrias biomédica y farmacéutica. Se ha reportado también que el quitosano presenta acciones como antimicrobiano y cicatrizante.

Saneamiento de aguas contaminadas

A partir de la obtención y de la caracterización fisicoquímica del quitosano, los investigadores generaron otros materiales. Junto con la Dra. Dima se sintetizaron micro y nanopartículas de quitosano, reticuladas mediante reactivos amigables con el medio ambiente como el tripolifosfato de sodio. Esas partículas fueron altamente eficientes para remover por adsorción cromo hexavalente (altamente tóxico y cancerígeno) de aguas residuales, con la ventaja de tener la capacidad de reducir el cromo hexavalente a cromo trivalente de baja toxicidad. Este trabajo recibió la Mención de Honor a la Innovación 2014, otorgado por la UNLP, y fue publicado en 2015 en la Revista Chemosphere.

También se sintetizaron partículas de quitosano con iones férrico en su interior y que sirven para la remoción de Arsénico (As) en aguas subterráneas. La Argentina es uno de los lugares con mayor concentración de este elemento químico, y ello ha derivado en la existencia del denominado “Hidroarsenicismo Crónico Regional Endémico” (HACRE). Se trata de una enfermedad que se manifiesta, principalmente, por alteraciones dermatológicas como melanodermia, leucodermia y/o queratosis palmoplantar, evolucionando hacia patologías más graves como distintos tipos de cáncer.

“Lo interesante de este método que desarrollamos conjuntamente con las Dras. Nora Bertola y Cintia Lobo; y la participación del Dr. Jorge Esteban Colman Lerner del CINDECA, es que el hierro que nosotros agregamos en forma de iones férrico- queda prácticamente retenido en la partícula y no migra al agua”, destaca Zaritzky.

La presencia de As en aguas subterráneas empleadas para consumo humano es un tema de gran preocupación en otros países como Estados Unidos, China, Chile, Taiwán, México, Polonia, Canadá, Hungría, Nueva Zelanda, Japón e India. En la Argentina, se encuentra presente, principalmente, en distintas áreas de la Puna y de la llanura Chaco-Pampeana. Esta última es una de las regiones más grandes del mundo (alrededor de un millón de km2) con presencia de As.

“En la Argentina y a nivel internacional, los límites permitidos de Arsénico en el agua han cambiado. Se ha pasado de 50 microgramos por litro a un valor límite de 10 microgramos por litro. El método que desarrollamos nos permitió remover eficientemente altas concentraciones de arsénico alcanzando los límites permitidos en menos de tres horas. Lo probamos en sistema batch (discontinuo) donde las partículas absorbentes se encuentran en contacto con el líquido. Ahora estamos diseñando el método continuo, mediante columnas”, explica la profesora.

También se están utilizando partículas de quitosano sintetizadas por coacervación en medio alcalino para absorber colorantes azoicos de la industria textil con muy buenos resultados. Se han realizado al respecto estudios termodinámicos y cinéticos.

Otra característica del quitosano es la de ser un “polielectrolito catiónico”. Es decir, tiene cargas positivas que sirven para el tratamiento de aguas emulsionadas de petróleo. Su aprovechamiento como forma de remediar el medio ambiente se probó con éxito dentro de la destilería que tiene la empresa YPF en Ensenada.

Estos trabajos de adsorción de colorantes y clarificación de aguas se están llevando a cabo en el marco de una tesis doctoral de la Facultad de Ingeniería por el Lic. John Pérez Calderón bajo la dirección de la Dra. Zaritzky y la co-dirección de la Dra. María V. Santos.

“Generalmente, para el tratamiento de aguas emulsionadas con petróleo, la industria utiliza polielectrolitos sintéticos, basados en sustancias que pueden ser cancerígenas. El quitosano podría reemplazar los polielectrolitos sintéticos, que son una caja negra. Nosotros utilizamos floculantes naturales: quitosano y adicionamos un tensionactivo, dodecilsulfato de sodio (SDS), que es biodegradable para este tratamiento y el resultado es excelente”.

“La idea ahora es usar este método para tratar de sanear canales. Lo que tiene de bueno el quitosano es que flocula y clarifica las aguas. En ese sentido, nosotros hicimos la optimización matemática de todo el proceso de floculación, el cual acabamos de publicar en Argentina y en Estados Unidos. Realizamos un diseño experimental que permitió encontrar una ecuación simple que predice las dosis de quitosano que se debe utilizar en función de la cantidad de petróleo que tiene la emulsión a clarificar”, destaca la ex directora del CIDCA.

“El quitosano hoy no se produce en Argentina, hay que importarlo a pesar de tener en nuestro país condiciones para producirlo. El quitosano importado de alta pureza tiene un costo de 600 dólares los 250 gramos. Nosotros pusimos a punto el proceso tecnológico y nos costaría producirlo muchísimo menos (del orden de 20 dólares el kg), con lo cual estamos viendo si algún industrial se interesa en poner una planta para aprovechar los residuos pesqueros. Estados Unidos, Japón, China y Brasil tienen plantas productoras”, remarca Zaritzky. El mencionado biopolímero de alto valor agregado también podría ser exportado.