Extracción y caracterización estructural de un PHA, obtenido de residuos de cascaras de yuca y piña mediante procesos de fermentación; y su aplicación en la fabricación de fibras por electrospinning

Abstract

RESUMEN: Actualmente la industria de alimentos, es una de las de mayor generación de residuos en sus diferentes niveles, producción primaria, procesamiento y pos consumo. En este sentido, la industria de piña y yuca, no son la excepción, y generan residuos por producto dañado en poscosecha. Sin embargo estos residuos agroindustriales son de potencial uso, dado su contenido de carbohidratos, los cuales son susceptibles de transformación en azucares y estos a su vez, ser usados para la producción de materiales tales como los Polihidroxialcanoatos (PHAs). Los PHAs son biopolímeros biodegradables con propiedades similares a los polímeros derivados del petróleo, pero con la ventaja de tener aplicaciones en la industria de farmacia, alimentos y biomedicina, además de ser biodegradables. El objetivo de la presente investigación fue extraer y caracterizar estructuralmente un PHA, obtenido de residuos de cascaras de yuca y piña mediante procesos de fermentación con la cepa Ralstonia eutropha y su aplicación en la fabricación de fibras por electrospinning. La metodología incluyó la fermentación de los residuos de cascara de piña y yuca bajo diferentes condiciones variando el pH, tiempo de fermentación (TF), y las relaciones Carbono/Fosforo y Carbono /Nitrógeno. Posteriormente de la extracción del PHA, se caracterizó mediante técnicas como el FTIR, DSC, GC-MS y RMN. Las fibras se obtuvieron por electrospinning para el PHA extraído de los residuos de cascara de yuca. Como resultados principales se obtuvo que las mejores condiciones de fermentación para la producción de PHAs, para el caso de la piña fueron con pH=9, C/N=11, C/P= 6 (relaciones másicas) y un TF de 60 horas y para la yuca con pH=9, C/N=11, C/P= 7 y TF de 60 horas. Los análisis del FTIR muestran que en general todos los espectros tienen los grupos funcionales característicos propios de un PHA, tales como grupos OH, C-H, C=O, C-O. Los termogramas obtenidos con el DSC, mostraron que los PHAs tienen diferentes temperaturas de fusión, entre 110 a 165oC. Con respecto a los análisis de GC-MS, se encontraron relaciones masa/carga que varían entre 117, 131, lo que corresponde a estructuras de un PHB y PHV respectivamente para ambos tipos residuos. Finalmente en los análisis de RMN 1H, se pudo corroborar la presencia de dos cadenas de polímeros (PHB y PHV); para el caso del PHB los grupos CH3 y CH mostraron desplazamientos de 1.26 y 5.34 ppm; en tanto que para el PHV los desplazamientos asociados a los grupos CH3 y CH fueron 0.88 y 5.27 ppm, respectivamente. Con respecto al diámetro de las fibras alineadas y aleatorias en promedio fue de 1.7 micras. En general se puede concluir que es posible obtener Polihidroxialcanoatos a partir de residuos de cascara de yuca y piña, a través de procesos de fermentación, utilizando la bacteria Ralstonia eutropha, los cuales tienen características similares a los Polihidroxialcanoatos comerciales. Además es posible obtener fibras de tamaño micrométrico a partir del PHA obtenido de los residuos de yuca, por medio de la de la técnica del electrospinning.