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A partir de azúcar y aceite de palma obtienen compuestos apetecidos por la industria

La química ha conseguido lo que la naturaleza no ha podido: hacer que los productos de limpieza eliminen la grasa de los platos, las paredes o la ropa; ¿cómo lo logró? gracias a los surfactantes o tensoactivos, compuestos que reducen la dureza superficial del agua, la misma que evita que el preciado líquido se mezcle con el aceite.

María Fernanda Gutiérrez Sánchez, candidata a doctora en Ingeniería Química de la UN, explica que los surfactantes son moléculas con una propiedad específica que ayuda a la interacción entre dos fases o dos compuestos que normalmente no se pueden mezclar. “Esa característica se da porque en su estructura molecular tienen una parte que es afín con el agua, por ejemplo, y otra que es afín con el aceite”.

Tales características hacen atractivos a los surfactantes, no solo en la fabricación de jabones o limpiadores, sino también de lubricantes, tintas, líquidos antiempañantes, adhesivos, emulsionantes y suavizantes de tejidos, e incluso en la industria cosmética –en cremas hidratantes o de afeitar– y alimenticia, donde son los responsables, por ejemplo, de que los helados con contenido de agua y grasa se unan en una mezcla uniforme.

Sin embargo no todo es color de rosa para los tensoactivos, pues a pesar de ser muy valorados en la industria, el 99 % de ellos se obtiene de fuentes petroquímicas, lo cual implica que no sean sostenibles, en especial porque después de su disposición final pueden contaminar aguas superficiales y subterráneas, y para los microorganismos es difícil degradarlos.

A partir del aceite de palma y del azúcar, la doctorante Gutiérrez obtuvo un surfactante de base biológica y biodegradable mediante fuentes renovables disponibles en Colombia cuyas cualidades tan buenas como las de los surfactantes comerciales.

De palma de aceite y azúcar

Como la caña de azúcar y el aceite de palma están disponibles en el país y su infraestructura de producción está bien establecida, los surfactantes a base de azúcar –en particular los ésteres de sacarosa en los que trabajó la investigadora Sánchez–representarían una importante alternativa de desarrollo para impulsar estos sectores económicos.

“Existen distintas aplicaciones para conseguir dichos compuestos a partir de fuentes renovables, la mayoría enfocadas a producir la parte que es afín con las grasas, precisamente a partir de aceite, y la que es afín con el agua normalmente son azúcares que se encuentran en la naturaleza”, señala la investigadora, quien siguió esta línea de desarrollo.

Para el profesor Álvaro Orjuela Londoño, director del grupo de investigación de Procesos Químicos y Bioquímicos de la UN y quien dirigió la tesis de la ingeniera química, los ésteres de sacarosa obtenidos podrían fortalecer estas dos agroindustrias amenazadas por los bajos precios actuales de productos como el azúcar, el biodiésel o el aceite de palma. De hecho, según reportó Bloomberg, 2018 fue un mal año para la industria azucarera por la caída de más del 16 % de los precios de su principal producto en los mercados internacionales debido a una sobrepuerta.

El trabajo consistió en desarrollar un proceso en el que se utilizan azúcar y ésteres metílicos de aceite de palma (biodiésel) para transformarlos en un compuesto de mayor valor agregado, “con lo que se podrían generar seis veces más ingresos que si se tomaran esas materias primas sin transformarlas”, asegura el docente, y añade que el avance fue posible gracias a la aplicación de una metodología libre de los solventes tóxicos que suelen estar involucrados en la producción de ésteres de sacarosa.

Al respecto, la investigadora señala que el uso de dichos solventes implica un esfuerzo posterior para separarlos del producto final y purificarlos, lo que se traduce en gastos energéticos y costos operacionales más elevados. Por eso el proceso propuesto en este estudio resultaría más económico y más compatible con aplicaciones cosméticas y farmacéuticas.

La ruta que se propone también necesita un intermediario pero en este caso son compatibles con el producto final, se trata de cuatro moléculas que también son surfactantes a partir de las cuales se estudió en qué proporción deben ir en el proceso, en qué condiciones de temperatura debe ocurrir y qué tan eficiente es. Dichas moléculas fueron palmitato de potasio, estearato de sodio,  ésteres de glicerol y el mismo éster de sacarosa, con los que se obtuvieron temperaturas óptimas entre los 140 y 160 °C y una mejor condición y eficiencia cuando se agregaban en una proporción del 5% frente al peso total del producto.

“Encontramos que nuestro proceso para producir ésteres de sacarosa es competitivo y viable tanto técnica como económicamente por esa ruta libre de solvente”, manifiesta la investigadora, y señala que los cálculos de costos que se realizaron arrojaron resultados similares para el nuevo proceso frente al convencional y que se espera que al evaluar los indicadores de sostenibilidad y seguridad estos sean más favorables gracias a la ausencia de los solventes tóxicos.

En el trabajo también se adelantó un proceso de blanqueamiento que no se había reportado en la literatura científica, el cual se hace para retirarle al azúcar el color que se genera durante la reacción por la alta temperatura del procedimiento, y que hace que esta se oscurezca; así se obtiene un producto de mayor calidad.

Proyección industrial

Los importantes avances en el proyecto también se consiguieron gracias al apoyo de los ingenieros químicos Andrea Suaza y José Luis Rivera, elegidos por el programa de jóvenes investigadores de Colciencias para trabajar durante un año con la ingeniera Sánchez en el proceso de elaboración de los ésteres de sacarosa: “con su ayuda pudimos llegar mas allá y hacer la purificación y separación del producto final”, comenta la investigadora.

Ella también contó con el estudiante Javier Chavarrio, del pregrado de Ingeniería Química de la UN, una colaboración de la que resultó una de las mejores tesis de pregrado de 2018 en la Universidad.

El paso a seguir es llevar los experimentos que se realizaron a nivel de laboratorio, a una escala de 10 litros que permita evaluar los requisitos para llevar los ésteres de sacarosa a una producción industrial, lo que se hará en una planta piloto financiada por la UN en los proyectos innova de escalado.

“La idea es validar a gran escala lo que la investigadora obtuvo en sus ensayos, en un equipo que tiene muchas mejoras frente a lo que se logró hacer en laboratorio”, explica el profesor Orjuela, y agrega que entre estas mejoras están unos agitadores con los que se espera lograr una alta emulsificación y un alto contacto de los materiales durante la reacción química.

Para la doctorante se trata de un paso importante “porque nuestra reacción tiene sólidos y líquidos, entonces no se puede dejar que esos sólidos se caigan porque si lo hacen ya no reaccionan, para eso está ese equipo”.

Con estas pruebas se espera evaluar a gran escala la producción con todas las mejoras y hacer una estimación económica de los costos del proceso, información que permitirá mostrarles a las industrias involucradas las ventajas de este producto, con el fin de que se interesen por invertir en esta tecnología.

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