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Jarabes azucarados a partir de residuos agroindustriales

El pasado 14 de noviembre el Gobierno colombiano lanzó la Estrategia Nacional de Economía Circular, con la que introduce nuevos elementos para fortalecer el modelo de desarrollo económico, ambiental y social del país. Esta orienta la innovación y la generación de valor en sistemas de producción y consumo por medio de acciones como optimizar, compartir, intercambiar, reciclar y regenerar materiales, agua y energía.

La economía circular aboga por reutilizar la mayor cantidad posible de materiales biodegradables en la fabricación de bienes de consumo para que estos puedan volver a la naturaleza sin causar daños medioambientales al agotar su vida útil.

Datos tanto del Ministerio de Salud y Protección Social como de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) indican que durante 2010 en Colombia se desperdició el 32 % en la poscosecha de frutas (unas 1.154.923 toneladas) y el 7 % de verduras (unas 272.009 toneladas).

Según el ministro de Ambiente y Desarrollo Sostenible, Ricardo Lozano, los beneficios ambientales de la economía circular se traducen en la reducción tanto de la extracción de materias primas como de residuos y emisiones; el uso de fuentes de energía renovables, y la conservación y el uso eficiente del agua. A nivel económico se reducen los costos de materia prima, se atraen nuevas fuentes de financiación, se genera innovación en modelos de negocio, apertura de nuevos mercados y mejoramiento de la productividad y competitividad.

Para la profesora Ángela Adriana Ruiz Colorado, de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (UN) Sede Medellín, con la puesta en marcha de la economía circular, la industria colombiana tiene la oportunidad de prolongar la vida útil de varios tipos de residuos, reduciendo así la carga sobre los rellenos sanitarios, en especial si se tiene en cuenta que la vida útil de estos en 321 municipios del país finalizará en 2024, según datos del Departamento Nacional de Planeación.

Desde hace varios años la profesora Ruíz y los integrantes del Grupo de Investigación Bioprocesos y Flujos Reactivos de la UN Sede Medellín trabajan en la extracción de compuestos de valor agregado –entre ellos los jarabes azucarados que actualmente se importan– a partir de residuos como plátano, papa o yuca, una alternativa que algunas empresas ya conocen, para que a futuro entren en la dinámica de la economía circular.

Las posibles beneficiarias son empresas del sector de alimentos que dispongan residuos en su proceso productivo, e idealmente que requieran jarabes azucarados como materia prima. En ese sentido, se estima un aproximado de 244 empresas, entre ellas las fábricas de bebidas, helados, cereales y confitería, las procesadoras de frutas y verduras, los alimentos funcionales, aderezos, grandes superficies distribuidoras de alimentos, ingenios azucareros y panaderías.

Producción de jarabes azucarados

Los jarabes azucarados son líquidos de consistencia viscosa que comprenden soluciones concentradas de azúcares en agua, que se pueden obtener a partir de almidón-celulosa (glucosa, fructosa) o hemicelulosa ( xilosa, arabinosa ) y son muy utilizados en la industria confitera

  • como anticristalizante y regulador del dulzor,
  • en la elaboración de helados, pues aportan textura y brillo, y
  • en algunos alimentos procesados.

La profesora Ruiz destaca que además se pueden producir ciertos jarabes, es decir líquidos con azúcares solubles que se pueden usar

  • en la industria alimenticia como endulzantes,
  • en la industria de biocombustibles para producir etanol, y
  • en la farmacéutica para fabricar medicamentos.

Por tanto, gracias a los avances alcanzados hasta ahora ha sido posible obtener los jarabes azucarados a partir de las sustancias como hemicelulosa, celulosa y almidón. Por ejemplo, el almidón de trigo es fuente de carbohidratos, su demanda constante de las industrias alimenticias y su contenido de amilosa se ha reportado como la segunda opción para producir jarabes de glucosa.

Hasta el momento el Grupo de Investigación Bioprocesos y Flujos Reactivos se ha concentrado en el pretratamiento de la materia prima para efectuar de manera exitosa la hidrólisis (descomposición bioquímica que se produce en las sustancias por el agua), obtener el jarabe y separar y purificar los productos.

Escuche también. La UN Investiga. Patente de jarabes azucarados

En el caso de los materiales vegetales que contienen principalmente celulosa, hemicelulosa y lignina, se ha llevado a cabo pretratamientos con agua caliente, expansión a vapor o ácido diluido, ya que es importante garantizar tanto residuos caracterizados como volúmenes del productos asequibles y productivos para el trabajo de investigación.

Para conseguir el avance productivo que representan estos jarabes para la industria, se implementaron metodologías de análisis estandarizadas en los procesos en laboratorio y los simularon mediante modelos matemáticos, para optimizar recursos y trabajo. Con estos modelos se ha realizado pruebas de escalado.

“Por ejemplo, tomamos las papas sin cáscara y las trituramos; luego, con enzimas, sobre la molécula del almidón (cadena cuyos eslabones son glucosas) producimos glucosa; a partir de la hidrólisis, esa cadena se va fracturando en trozos más pequeños hasta liberar un eslabón que representa una glucosa, que compone jarabes para endulzar café y otros alimentos”, explica la docente.

Membranas optimizan el proceso

En el proceso de hacer la hidrólisis, cuando se tienen muchos eslabones de la cadena sueltos es difícil separarlos, debido a que la enzima que hace el trabajo se ve inhibida. Sin embargo, con los resultados del trabajo de investigación de Karen Alejandra Bueno, estudiante del Doctorado en Ingeniería - Sistemas Energéticos de la UN, se optimizó dicho proceso.

“Su aporte consistió en tomar una membrana para que a través de ella pasen las moléculas que ya son de un solo eslabón y deje únicamente los trozos que faltan por fragmentar de la cadena”, amplía la profesora Ruiz, y agrega que así, “mientras la hidrólisis va generando los azúcares, las membranas van separando esos azúcares que se van generando”.

Las membranas son las barreras delgadas entre dos medios fluidos, a través de las cuales –bajo la acción de la presión– se permite la transferencia de determinados componentes de un medio al otro a través de ella y se evita o restringe el paso de otros componentes.

La estudiante indica que aunque existen diversas alternativas técnicas de procesos de separación con membranas, la microfiltración y ultrafiltración son las más utilizadas, ya que son adecuadas para la separación y eliminación del color sin ningún efecto negativo sobre la calidad nutricional del jarabe.

Lea la tesis “Efecto de la membrana en recuperación de jarabes de glucosa in situ a partir de residuos agroindustriales”

Las principales ventajas del uso de las membranas durante la hidrólisis enzimática es la obtención de productos de hidrólisis como glucosa, libre de enzimas. Además, la posibilidad de mantener una corriente constante de producto sin suministrar enzimas adicionales, disminuyendo costos de enzimas ya que se usa una menor cantidad.

Gracias a los resultados de este innovador proyecto, en la actualidad se adelantan procesos de negociación para comercializar la tecnología. El propósito es “transferir este negocio de la reutilización de residuos agroindustriales que representan un material para producir jarabes azucarados y ofrecer al mercado productos de origen natural”, destaca la profesora Ruiz.

A su vez la doctorante Bueno destaca que su trabajo es una idea innovadora porque “reincorpora los residuos agroindustriales dentro de los procesos de producción a través de la conversión a jarabes azucarados como nuevas fuentes naturales de materias primas para suplir factiblemente la demanda de estos y ofrecer al mercado productos de origen natural. Dentro del componente ambiental está la no afectación de los acuíferos, el suelo o el aire”. 

Este proyecto innovador, financiado por Colciencias y conocido como “Menos residuos, más alimentos”, obtuvo el primer puesto en la Competencia de Talento e Innovación de las Américas (TIC Américas por sus siglas en inglés), organizada en 2016 por el Young Américas Business Trust y la Organización de Estados Americanos (OEA), la cual se ha convertido en una plataforma de apoyo y aceleradora de negocios para jóvenes emprendedores.

Aunque el Gobierno nacional ya echó a andar la estrategia, aún no se tiene claro cuáles son los estímulos que recibirían los sectores productivos. En otros países estos “residuos” son fuente para generar energía, y por su reutilización, los gobiernos europeos dan incentivos económicos y exenciones tributarias a las empresas, ya que gracias a estos procesos se generan nuevos empleos y más innovación.

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