Extractos de frutas permiten generar mejores desinfectantes de COVID-19

 Maracuyá, lulo y uchuva, entre otras frutas, son la materia prima para “vestir” al óxido de titanio –presente en suelos, ríos y playas ricas en minerales como la ilmenita–, el cual, gracias a esta armadura, se puede activar con la luz de Sol y generar capas aplicables a superficies como paredes, mesas y espejos, entre otros, para atacar bacterias y virus como el COVID-19.

Durante la pandemia mundial por esta enfermedad la solución fue encerrarse, guardar la distancia, usar tapabocas y gel antibacterial; sin embargo, el aprovechamiento de los nanomateriales (compuestos químicos imperceptibles al ojo humano) para buscar mejores soluciones de desinfección no fue tan explorado como se hubiera querido.

La profesora Gilma Granados, del Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) y líder del grupo de investigación Nano-inorgánica, se preguntó con su equipo cómo utilizar los recursos que se encuentran de manera natural y que son sostenibles –porque no generan residuos ni contaminación– para combatir este virus.

“El óxido de titanio se usa en el control de virus y bacterias; por ejemplo algunas clínicas usan una pintura especial con este material químico, además de lámparas que emiten luz UV, que activan este compuesto y permiten enfrentar situaciones como la pandemia”, asegura la docente.

Sin embargo, la luz ultravioleta es muy dañina para los seres humanos, por lo que la investigación busca modificar la composición del óxido de titanio para que se pueda activar con luz solar, lo cual genera mayores posibilidades de desinfección; la luz UV solo representa el 5 % de la luz solar y no es visible, mientras que el 95 % sí lo es.

Este compuesto químico libera radicales libres como hidroxilo y anión superóxido que se encargan de eliminar bacterias y virus presentes en las superficies.

Aquí es donde entran en escena los puntos cuánticos de carbono, obtenidos como cristales de carbono grafito, al cual se llega por medio de las frutas al someterlas a un reactor que les aplica microondas y que permite que algunas de sus moléculas se conviertan en este nanomaterial.

“Los puntos cuánticos de carbono absorben eficientemente fotones de la luz solar, y además tienen propiedades fluorescentes, acciones que no puede realizar el óxido de titanio”, explica la profesora Granados.

Agrega que “por eso es necesario buscar la forma de que estas dos partes se unan: gracias a que los puntos cuánticos son solubles en agua, se pueden producir reacciones químicas en donde el óxido de titanio se acopla a los puntos cuánticos de carbono, poniéndoselos como un chaleco que le permite obtener los fotones de la luz solar y activarse para liberar radicales”.

Así, el óxido de titanio se puede esparcir y aplicar formando superficies desinfectantes, ya que los radicales se encargan de matar virus o bacterias, en este caso el COVID-19.

Es importante recalcar que estos materiales se utilizan a escala nano, pues solo en esta forma pueden brillar y activarse con la luz solar, de lo contrario el proceso no funcionaría.

La docente Granados menciona que “aunque la producción científica con este compuesto es muy amplia, no se había hecho con este tipo de materiales sostenibles, obtenidos a partir de frutas, por lo que resulta novedoso y muy prometedor para este campo de la química de nanomateriales”.

Un importante avance en este campo se ha dado en España, en donde se tiene, a pequeña escala, una planta que aprovecha la luz solar para que en un reactor de óxido de titanio elimine los contaminantes del agua que llega allí.

“Esta aplicación química puede llegar a hacer que haya otro tipo de soluciones para virus como el COVID-19, que sean sostenibles y no generen contaminación para el medioambiente” concluye la docente, y reflexiona acerca de los geles antibacteriales, sustancias de las cuales aún no se conocen los efectos que pueden tener a largo plazo en los seres humanos.

Uchuva en polvo: método para conservar propiedades naturales de esta superfruta

 Sacándole el jugo a dos importantes tecnologías de transformación de frutas y vegetales, ingeniera agroindustrial de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín obtuvo un polvo de uchuva que conserva las propiedades nutricionales, funcionales y medicinales de esta “superfruta”, y que se podría convertir en un insumo de la industria alimentaria y farmacéutica.

Dicen que lo bueno dura poco, y la uchuva es un buen ejemplo de ello: tiene alto contenido de vitamina C –necesaria para el crecimiento y la reparación de tejidos del cuerpo– y compuestos que protegen las células del envejecimiento prematuro (antioxidantes), sin embargo, se madura muy rápido, lo que afecta su calidad y precio, entre otras cualidades.

Se estima que las pérdidas en cosecha y poscosecha de uchuva en el país pueden alcanzar hasta el 45 % de la producción y Colombia es su mayor exportador en el mundo, aunque la fruta es originaria de Perú.

“Por eso es necesario desarrollar alternativas de procesamiento que sirvan para mejorar la eficiencia y rentabilidad de la cadena productiva mediante su transformación en productos procesados con mayor vida útil”, señala Soany Eraso Grisales, ingeniera agroindustrial magíster en Ciencia y Tecnología de Alimentos de la UNAL Sede Medellín, quien adelantó el estudio.

En el estudio para el procesamiento de uchuva se utilizaron dos tecnologías: el secado por aspersión y la aglomeración; el primero presenta ventajas importantes, como tiempos rápidos de procesamiento, bajos costos energéticos y productos con alta estabilidad y baja actividad de agua; el segundo permite una mayor estabilidad en el tiempo y facilidad de reconstitución de los productos en polvo.

A partir de la pulpa, la semilla y la piel, la magíster Eraso desarrolló un producto aglomerado de uchuva con un 80,5 % de las características instantáneas y que conservó el 70 % de los compuestos antioxidantes de la fruta en estado natural.

Jugo concentrado

Para obtener el polvo de uchuva se tomaron 160 kg de la fruta y se batieron en una licuadora industrial hasta obtener un jugo muy espeso (suspensión) que se vertió en un molino coloidal, el cual se utiliza para moler sustancias con precisión al mismo tiempo que se mezclan.

“Con este proceso de trituración se buscaba que las partículas gruesas quedaran más finas, de entre 100 y 200 micrómetros”.

Una vez alcanzado dicho tamaño, se adicionaron encapsulantes (10,1 % de maltodextrina y 2,2 % de goma arábiga) con el fin de aportar mayor cantidad de sólidos, evitar que el producto se pegue durante el proceso y otorgar el recubrimiento necesario durante el secado por aspersión, proceso en el cual se obtiene el “polvo de fruta”.

La magíster explica que “la aspersión del producto se realiza mediante un disco atomizador que gira a altas velocidades y convierte el líquido en gotas microscópicas; cuando estas entran en contacto con el aire caliente dentro de la cámara de secado, su agua se evapora y se  obtiene  el polvo. Así, de 2.000 g de suspensión se obtuvieron entre 130 y 433 g de polvo de uchuva”.

Destaca además que una de las principales ventajas del secado por aspersión es la rapidez para obtener el producto y la reducción del daño ocasionado por el calor, “se evidenció que el 58 % del polvo correspondía a sólidos aportados por la uchuva y en menor cantidad los encapsulantes, lo cual lo convierte en un producto natural que podría tener mucha proyección en la industria alimenticia”.

Polvo de fruta aglomerado

Se realizó un escalamiento industrial, en una empresa de Medellín, 100 kg de suspensión se sometieron a secado por aspersión y se obtuvieron 15 kg de polvo de uchuva. El polvo obtenido, fue sometido al proceso de aglomeración.

“Este consiste en someter el polvo a un proceso de unión de partículas en una cámara donde estas flotan por acción del aire; las finas se unen para formar otras de mayor tamaño, lo que permite mejorar las propiedades del producto”, explica la magíster.

El aprovechamiento de la estructura completa del fruto de uchuva permitió desarrollar un proceso sostenible en el marco de la economía circular, reduciendo la generación de residuos.

El polvo de uchuva aglomerado obtenido aporta el 15 % de vitamina C en 30 g de porción, con lo cual se prepararía 250 g de una bebida ajustada dentro de la normativa colombiana como un néctar.

La magíster también se resalta que en este mismo tamaño de porción aporta un 217 % de vitamina A, 2,6 % de proteína, 0,23 % de grasa, 35,8 % de fibra dietaría y 8,7 % de carbohidratos totales.

De igual manera, el producto presentó un 58 % más de humectabilidad, lo que quiere decir que al mezclar el polvo en un vaso de agua se disolverá más rápido y sin grumos; y una disminución del 12 % en higroscopicidad, haciendo que absorba menos agua del ambiente y por ende tenga mayor duración en su empaque.

Residuos de papa, materia prima para generar combustibles limpios

 En Facatativá (Cundinamarca) se adelanta un proyecto mediante el cual –por primera vez en el país– se están transformando los residuos de papa sabanera en butanol, solvente orgánico que busca reemplazar el etanol en la mezcla de combustibles fósiles.

El profesor Carlos Alberto Guerrero, de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), explica que “la principal ventaja del butanol con respecto al etanol es su capacidad de mezclarse con la gasolina a una concentración mucho mayor, de hasta 85 %, sin requerir ninguna modificación en los motores diseñados para gasolina o diésel”.

Aunque en Colombia se siembran unas 130.000 hectáreas de papa, que producen alrededor de 2,8 millones de toneladas al año, no todas llegas al mercado; aquellas que no cumplen con estándares de calidad para el consumo, como el tamaño o la forma, o que tienen rastros de plagas, se convierten en residuos que son un problema para los productores.

Un grupo de científicos de la Facultad de Ciencias de la UNAL Sede Bogotá y de la Universidad de Cundinamarca encontraron que las papas rechazadas son una materia prima idónea para elaborar solventes orgánicos –líquidos que se pueden mezclar con la gasolina, como el butanol–, y además se utiliza como disolvente de pinturas, lacas, barnices, resinas naturales y sintéticas, gomas, aceites vegetales, tintes y alcaloides.

En la actualidad no existen en el país estudios sobre las pérdidas de papa durante las labores de cosecha; sin embargo, si esta es similar a la de otros países, oscilaría entre el 17 y 25 %, lo que representaría hasta 181.614 toneladas al año.

Muchas veces los agricultores utilizan las papas rechazadas como compost, es decir que vuelven a poner trozos en el suelo para que genere nutrientes, pero si esta técnica no se implementa bien se pueden producir hongos y daños en las plantas, además de abrir la posibilidad de que lleguen roedores.

El profesor Guerrero, líder del grupo de investigación Aprovechamiento Energético de Recursos Naturales (Aprena), indica que “los residuos de papa representan una alternativa ambiental muy prometedora, mediante la cual los cultivadores le pueden generar un importante valor agregado al tubérculo, además de que las economías de mundo afrontan el reto de reducir la dependencia global de los combustibles fósiles.

Por fases

Para transformar la papa en butanol se adelanta un proceso de tres fases: en la primera se escogen y recolectan los residuos del tubérculo en cultivos del municipio y se llevan al laboratorio, en donde se hacen cortes para obtener trozos pequeños.

La siguiente fase consiste en aplicar hidrólisis, reacción química en la que, por medio de agua caliente (sin que llegue a hervir), se extrae el almidón de la papa, molécula fundamental por sus azúcares, necesarios para continuar el proyecto.

Luego se utilizan dos enzimas: amilasa y amiloglucosidasa, que trabajan sobre el almidón y rompen su estructura para obtener los carbohidratos simples presentes allí, teniendo como principal objetivo extraer glucosa.

Este azúcar es la materia prima del siguiente paso: una fermentación llamada ABE, sigla que indica los productos que son solventes orgánicos  (acetona, butanol y etanol), por medio de bacterias tipo Clostridium.

De estos microorganismos, que se encuentran en los suelos de los cultivos y en las raíces de las plantas, y que por medio de un caldo de nutrientes –como el agar nutritivo, que favorecen su reproducción– se toman muestras en el suelo y raíces para aislar el tipo de bacteria útil para este estudio de producción de butanol.

Por ahora las fases se adelantan en procesos separados, mientras se identifican con precisión las bacterias; más adelante se pueden llevar a fermentar la glucosa para generar butanol, solvente que se puede combinar en mayor proporción con combustibles fósiles.

Las especies más investigadas en la bibliografía sobre este tema han sido: C. acetobutylicum, C. beijerinckii y C. pasteurianum.

Se ha encontrado que el 55 % de la producción de solventes por medio de este proceso es butanol, por lo que es un método que permite obtener buenas cantidades del solvente, en contrastado con el 25 % de acetona y etanol, que no son igual de productivos por medio de esta técnica.

“La investigación se hace a nivel de laboratorio, y el propósito de los resultados es hacer un escalamiento haciendo pruebas en motores en los que se mezcle el butanol con gasolina; es probable que se hagan en la Universidad con otros grupos de investigación o con el SENA”, explica el profesor Guerrero.

Concluye diciendo que “desde la Universidad podemos ayudar a capacitar a estas regiones para se utilicen procesos sencillos y mejorar el aprovechamiento de los residuos de la papa”.