Facultad de Computación
Sistemas de Información Ciencia de Datos Ciencia de la Computación CiberseguridadFacultad de Negocios
Administración y Negocios Digitales Administración y Negocios Sostenibles Business AnalyticsDe plástico a esencia de vainilla: el nuevo rol de las bacterias en la economía circular
Los plásticos son de los materiales más utilizados en la actualidad con una gran variedad de usos. Sin embargo, existe la necesidad de darle un valor a los residuos que estos materiales generan para evitar que contaminen.
Escrito por:
UTEC
Anualmente se producen cerca de 50 millones de toneladas de residuos de PET, uno de los plásticos más usados, pero solo el 14% se recicla eficazmente. La mayoría de tecnologías de reciclaje se centran en producir más PET.
Mientras que su degradación y tecnologías asociadas a su reciclaje han sido reportadas, la mayoría de éstas se centran en reutilizar los monómeros resultantes para producir más PET u otros materiales de segunda generación.
Por ello, un estudio publicado en Green Chemistry (2021) por investigadores de la Universidad de Edimburgo, Joanna Sadler y el Dr. Stephen Wallace, presenta un avance revolucionario: la producción de vainillina a partir de residuos de PET, usando bacterias modificadas. Antes de detallar este avance, conozcamos qué es la vainillina.
Antes de entrar más a detalle sobre este descubrimiento científico, conozcamos qué es la vainillina y cómo impacta en la economía circular.
¿Qué es la vainillina?
La vainillina es, en esencia, la responsable de ese delicioso y familiar aroma y sabor a vainilla. Aunque asociamos instintivamente la vainilla con la orquídea de la que se extrae tradicionalmente (la Vanilla planifolia), la vainillina es el principal compuesto orgánico que le da su identidad.
Datos importantes sobre la vainillina
Aplicación estrella: Es uno de los saborizantes más populares y demandados del mundo, utilizado masivamente en la industria alimentaria (postres, bebidas, chocolates, helados), pero también en perfumería y farmacéutica.
Origen Dual: Puede ser obtenida de forma natural (extraída de la vaina de vainilla) o sintetizada en laboratorio (la inmensa mayoría de la vainillina comercial es sintética debido a los altos costos y la escasez de la producción natural).
Composición Química: Se clasifica como un aldehído fenólico.
Aquí es donde la nueva biotecnología interviene, proponiendo una fuente alternativa, sostenible e innovadora: reciclar plástico PET para crear este valioso químico.
¿Por qué este hecho impacta en la economía circular?
Actualmente, existe una demanda creciente de vainillina (más de 59,000 toneladas proyectadas para 2025), muy superior a la capacidad de extracción a partir de vainilla natural, es por eso que es vital desarrollar soluciones que permitan impactar de forma positiva la economía circular.
La vainillina tiene una alta demanda, con un mercado global que se estima alcanzará los $724.5 millones para 2025. Este proceso es un ejemplo perfecto de upcycling, ya que transforma un residuo de bajo valor (plástico) en un producto de alto valor, creando un nuevo incentivo económico para el reciclaje.
Vainillina Natural vs. Sintética
● Solo una pequeña fracción del consumo proviene de la vaina natural.
●El cultivo de vainilla natural es costoso, laborioso y limitado geográficamente (principalmente Madagascar, Indonesia y México).
● La mayor parte es sintética, producida tradicionalmente a partir de petroquímicos (guayacol) o lignina (subproducto papelero).
Alternativas Biotecnológicas y Sostenibilidad
● Hay una necesidad de alternativas biológicas o de economía circular.
●La investigación se centra en la producción por fermentación de azúcares o subproductos agroalimentarios (como el ácido ferúlico) usando microorganismos (bacterias, levaduras u hongos).
● Este método se considera más sostenible que el sintético petroquímico.
¿Cuál es el proceso para generar esencia de vainilla a partir de residuos de plásticos?
La implementación exitosa de este proceso requiere una planificación meticulosa y la ejecución rigurosa de una serie de etapas interconectadas. Comprender cada uno de los pasos es fundamental para asegurar la eficiencia, la sostenibilidad y el impacto deseado en el marco de la economía circular.
A continuación, te detallamos los pasos esenciales que se desarrollan para lograr este proceso de manera efectiva.
Descomposición del plástico
Degradación enzimática del PET utilizando la enzima cutinasa de ramas de hojas (LCC por sus siglas en inglés) para degradar el material a 72℃ y siendo su resultado la obtención de ácido tereftálico (TA), uno de los monómeros básicos del PET.
Conversión Biotecnológica
Conversión biotecnológica de una cepa de E. coli capaz de transformar el TA en vainillina por medio de un sofisticado camino enzimático de cinco pasos. Este proceso integra genes de bacterias y mamíferos para maximizar la eficiencia.
Optimización del proceso
Optimización del proceso a través del ajuste de temperatura (baja a 22°C maximiza la producción) y la adición de aditivos como alcohol bencílico. Estos aditivos aumentan la permeabilidad de la membrana de la bacteria (para que el TA entre más fácil) y ayudan a extraer la vainillina a medida que se produce, reduciendo su toxicidad para la E. coli. Gracias a estas optimizaciones, el equipo logró convertir el 79% del ácido tereftálico (TA) en vainillina. (Fig.2).
Un avance importante para la economía circular
Este avance representa un paso concreto hacia la valorización de plásticos como recursos y no solo residuos. La tecnología reduce el impacto ambiental y ofrece una nueva forma de obtener químicos de alto valor, promoviendo la economía circular. Futuras investigaciones buscan mejorar aún más el proceso y expandir la variedad de productos obtenibles a partir de residuos plásticos.
Este estudio transforma radicalmente la percepción del plástico: de residuo problemático a fuente innovadora de materiales valiosos para la industria alimentaria, cosmética y química.
¿Interesado en cómo la ciencia y la ingeniería están creando soluciones sostenibles? Conoce más sobre nuestra Carrera profesional de Bioingeniería y sé parte del cambio.
Estudia la carrera profesional de Bioingeniería
El mundo necesita profesionales capaces de innovar y crear soluciones a desafíos globales como la contaminación por plásticos y la búsqueda de sostenibilidad. Si te apasiona la biología, la ingeniería y la química, y sueñas con participar en avances tan revolucionarios como la transformación de residuos en productos valiosos, la carrera de Bioingeniería en UTEC es tu camino.
En UTEC, aplicarás tus conocimientos desde el primer día en laboratorios de última generación, con un enfoque práctico y centrado en la investigación. Nuestros estudiantes se forman para ser los líderes que impulsarán la economía circular y la biotecnología del futuro en Perú y el mundo.
Beneficios de estudiar Bioingeniería en UTEC
Al estudiar en UTEC, accedes a una formación de vanguardia que te ofrece:
● Enfoque Práctico e Investigativo: Participarás activamente en proyectos de investigación aplicada con un fuerte componente de laboratorio, abarcando desde bioprocesos hasta ingeniería de tejidos.
●Laboratorios de Vanguardia: Tendrás acceso a equipos de alta tecnología para manipular microorganismos, desarrollar bioproductos y realizar análisis genéticos en instalaciones de primer nivel.
● Plana Docente Experta: Aprenderás directamente de profesionales con doctorados en el extranjero y experiencia real en el sector de la biotecnología y la bioingeniería.
● Conexión con la Industria: Te ofrecemos programas de colaboración y pasantías con empresas líderes en el sector agroindustrial, farmacéutico y ambiental, facilitando tu inserción laboral.
● Visión de Sostenibilidad: Recibirás una formación integral con énfasis en la búsqueda de soluciones biológicas para problemas ambientales y de salud, promoviendo activamente la economía circular.
● Doble Grado Internacional: Podrás optar por oportunidades de obtener un doble grado con universidades de prestigio internacional, ampliando tu horizonte y valor curricular.
Sé parte de la generación de bioingenieros que está redefiniendo cómo interactuamos con el medio ambiente y creando un futuro más sostenible. Tu potencial para cambiar el mundo comienza aquí.
Bibliografía:
J. C. Sadler y S. Wallace, "Microbial synthesis of vanillin from waste poly(ethylene terephthalate)," Green Chemistry, vol. 23, no. 13, pp. 4665-4672, Jul. 2021.
Leyendas para las figuras:
Figura 1: Degradación química y enzimática del PET comparado con los procesos tradicionales (Sadler et al, 2021).
Figura 2: Ruta enzimática propuesta para la conversión del PET en vainillina y los plásmidos que se usaron en la transformación de la E.coli (Sadler et al, 2021).
Preguntas frecuentes
¿La vainillina producida a partir de plástico es segura para consumir?
Químicamente, es idéntica, pero al provenir de plástico, requeriría procesos de purificación rigurosos y aprobación regulatoria estricta antes de considerarse segura para el consumo humano.
¿Por qué se utiliza la bacteria E. coli?
Se usa una cepa de E. coli de laboratorio, no patógena. Es segura y se modifica genéticamente con facilidad, sirviendo como una "bio-fábrica" eficiente para esta conversión.
¿Este proceso ya se está usando a nivel industrial?
No todavía. Es un avance exitoso a nivel de laboratorio. Aún está en fase de investigación y desarrollo, buscando optimizar el rendimiento antes de escalarlo industrialmente.
¿Cuál es la diferencia entre la vainillina y la esencia de vainilla?
La esencia natural es una mezcla compleja de compuestos. La vainillina es solo el químico principal del sabor. Este proceso biotecnológico produce vainillina pura, no la esencia completa.
¿Dónde puedo estudiar Bioingeniería?
Estudia la carrera profesional de Bioingeniería en UTEC. Ofrecemos formación práctica, acceso a laboratorios de última generación y un enfoque en la innovación y la economía circular para que seas parte de la solución.