La politécnica Isidra Guadalupe Ruíz Martínez es de origen zapoteco y desarrolló una metodología innovadora para mejorar las propiedades de los biomateriales gelatinosos reforzados con microfibras de agave.

El estudio se realizó durante su estancia posdoctoral en el Centro de Desarrollo de Productos Bióticos (Ceprobi) del Instituto Politécnico Nacional (IPN) y se suma a los esfuerzos para reducir la contaminación ambiental, que de acuerdo a la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat), el 9.63 por ciento de los residuos generados en México se reciclan, es decir, la gran mayoría terminan en rellenos sanitarios, basureros o tiraderos a cielo abierto. Esta problemática genera un gran impacto en el medio ambiente porque los productos no biodegradables son parte de nuestro día a día más de lo que imaginamos. Por lo tanto, es de suma importancia entender qué son estos productos y cómo funcionan.

DESCOMPONERSE O NO DESCOMPONERSE

Un producto biodegradable tiene un origen natural u orgánico, razón que le permite descomponerse por sí mismo en un proceso también natural. O sea que se convierte en formas más simples de materia mediante la participación de bacterias, hongos, luz solar, humedad y temperatura. Este proceso puede ocurrir semanas como es el caso de las frutas o años en la descomposición de la lana.

En contraste con los productos biodegradables, están los no biodegradables, aquellos que no tienen origen natural, debido a que son creados por el hombre. Al no tener origen orgánico, no pueden descomponerse, dependen de la intervención del ser humano para lograr este difícil proceso o del paso desmedido del tiempo, siglos incluso milenios para que suceda.

Al ser un método difícil la destrucción de los productos no biodegradables, se acumulan en el planeta para terminar dañando el medio ambiente. La carencia de bacterias u otros elementos suficientes para simplificarlos, hace que se queden en el suelo o agua y finalmente afectar a todo el ecosistema que los rodea.

La exposición de estos residuos al medio ambiente afecta directamente a los organismos vivos a través de la ingesta, inhalación o absorción directa como ocurre con animales y plantas. Además del consumo directo, los productos no biodegradables también afectan físicamente a los seres vivos. Ejemplo son los empaques plásticos, que acaban enredados en los animales que habitan en el océano.

BIOPOLÍMEROS AL RESCATE

Ante los graves impactos de los productos no biodegradables en el medio ambiente y la vida silvestre, existen alternativas responsables con el medio ambiente ante los productos no biodegradables, como el uso de biomateriales y los biopolímeros.

Los biopolímeros son sustancias orgánicas presentes en los recursos naturales. Los más comunes son aquellos basados en proteínas, como la albúmina, la gelatina y los vegetales, que se han utilizado para realizar nanoestructuradas debido a sus ventajas, como su pequeño tamaño, no toxicidad, estabilidad a largo plazo y biodegradabilidad.

La gelatina es una proteína derivada del colágeno que se encuentra presente en los huesos y la piel de los animales. Es utilizada en la industria farmacéutica, fotografía, cosmética y alimentaria. Es abundante en la naturaleza y su producción no es complicada. No obstante, el uso de películas de gelatina para producir envases es limitado debido a sus escazas propiedades mecánicas, térmicas y de permeabilidad al vapor de agua.

A pesar de las limitaciones del uso de películas de gelatina, la científica Isidra Ruíz desarrolló una metodología innovadora para mejorar las propiedades de los biomateriales gelatinosos, la cual utiliza microfibras de agave, lo que representa un avance significativo en la búsqueda de soluciones sostenibles.

MEZCLA A BASE DE AGAVE

El agave, también conocido como maguey, es una planta emblemática de México, con un total de 155 especies, 116, 75 por ciento, se localizan en México y 90, 58 por ciento, son endémicas. Es notable la concentración de agave en Oaxaca, estado donde es originaria la investigadora Guadalupe Ruíz, del municipio de Juchitán de Zaragoza.

La importancia del agave en Oaxaca va más allá de su valor ecológico y cultural. Comercialmente, el tallo o “piña” de Agave angustifolia Haw es la parte más importante de la planta, debido a que se usa en la producción de bebidas alcohólicas como el mezcal y el bacanora.

Derivado del proceso de extracción de productos comerciales del tallo del agave, está el bagazo, compuesto de fibra residual que representa el 40 por ciento de la planta procesada. En México se genera anualmente un aproximado de 1.05 x 108 kilogramos de gabazo, el 40 por ciento de peso seco del agave procesado.

El bagazo de agave al estar compuesto de microfibrillas de celulosa rodeadas y empaquetadas de hemicelulosa y lignina forma una matriz que proporciona estructura, lo que hace que sea atractivo para investigar su aprovechamiento y disminución de residuos.

Además de las propiedades únicas del bagazo de agave, existen otros materiales utilizados en combinación con él para mejorar sus propiedades. Un ejemplo son las nanoarcillas, como la bentonita, un tipo de silicato estratificado utilizado en varias aplicaciones como purificación de agua, tratamiento de aguas residuales, preparaciones farmacéuticas, portador de fungicidas, soporte de paredes para pozos y refuerzo de materiales poliméricos.

La bentonita cuenta con una gran capacidad de intercambio iónico, gracias a su composición de láminas de silicato, distribuidas en capas individuales y separadas por huecos donde se encuentran cationes intercambiables. Sus nanopartículas tienen una dimensión ultrafina, un rango de 1 a 100 nanómetros y fuertes interacciones entre las capas de arcilla y las matrices poliméricas.

ENVASES BIODEGRADABLES

Para que la doctora Guadalupe pudiera crear esta alternativa biodegradable, utilizó la gelatina como material base, con el método de colada para obtener biomateriales de proteínas con propiedades capaces de competir ante polímeros provenientes de los hidrocarburos. Esta técnica consiste en verter material fundido en moldes para crear piezas, específicamente biopelículas de gelatina.

Una vez obtenidas las biopelículas de gelatina, se procedió a reforzarlas con microfibras de bagazo de Agave angustifolia Haw y nanopartículas de bentonita para evaluar el efecto de los refuerzos a distintas concentraciones.

Los resultados obtenidos después de reforzar las biopelículas de gelatina con microfibras de bagazo de Agave angustifolia Haw y nanopartículas de bentonita mostraron un gran potencial para su aplicación en diversas industrias. En efecto, se demostró que los biopolímeros hechos de refuerzos naturales son biomateriales viables, que se pueden utilizar en escalas industriales, en beneficio al medioambiente y a las personas, y así se promueve el uso de materiales biodegradables.