Química verde y sostenible

El doctor en ciencias biológicas y miembro del cuerpo académico de la Unidad de Investigación y Desarrollo en Alimentos (Unida) del Instituto Tecnológico de Veracruz —que pertenece al Tecnológico Nacional de México (Tecnm)—, Gerardo Valerio Alfaro, desarrolló un proyecto para la obtención de ésteres de oxima, a través de técnicas de química verde, con el objetivo de generar procesos sustentables que impacten en menor grado al medio ambiente.

Valerio Alfaro, en entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, indicó que sus líneas de investigación están enfocadas en la biocatálisis y biotransformación, siendo uno de sus principales intereses el estudio y la aplicación de la química orgánica en el análisis de compuestos industriales. “Como bioquímico, me interesa la química verde y autosustentable, tratar de llevar a cabo distintos procesos mediante técnicas más seguras para el ambiente”.

Química en la industria

Las oximas son compuestos orgánicos derivados de los aldehídos y cetonas, con un amplio rango de aplicaciones en la síntesis de otros compuestos como los ésteres, los cuales son usados como agentes antimicrobianos, anticancerígenos, fragancias y saborizantes en la industria alimentaria y cosmética.

De acuerdo con el libro Biotecnología alimentaria de Mariano García, los ésteres son sustancias orgánicas presentes en productos naturales de origen animal y vegetal, los cuales poseen aromas agradables al olfato humano, ya que son los causantes del olor de flores, frutos y aceites esenciales, por lo que son empleados en la fabricación de perfumes y como agentes saborizantes en bebidas y confitería; son líquidos, incoloros, insolubles y más ligeros que el agua, se pueden aplicar también como disolventes, antisépticos y para la fabricación de colorantes.

Las oximas son compuestos orgánicos derivados de los aldehídos y cetonas, con un amplio rango de aplicaciones en la síntesis de otros compuestos como los ésteres, los cuales son usados como agentes antimicrobianos, anticancerígenos, fragancias y saborizantes en la industria alimentaria y cosmética.

Sin embargo, la producción de oximas, de las cuales se obtienen los ésteres, se caracteriza por generar altas cantidades de residuos contaminantes como sulfatos de amonio, óxidos de azufre y nitrógeno, estos últimos son los principales agentes en la formación de la neblina tóxica fotoquímica, mejor conocida como esmog, y la lluvia ácida, fenómenos que actualmente son considerados fuertes amenazas del medio ambiente. Por otra parte, el sulfato de amonio es una sal soluble en agua y aparece en los efluentes líquidos del proceso, afectando directamente el ecosistema acuático.

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Esta situación ha incentivado la búsqueda de alternativas que permitan un mejor aprovechamiento de reactivos químicos y la reducción de los desechos generados por el sector manufacturero. El doctor Gerardo Valerio explicó que se ha encontrado, a través de anteriores investigaciones, que los procesos biocatalíticos, en los cuales se hace uso de enzimas, son una excelente opción para la fabricación de nuevos productos, haciendo uso de técnicas verdes como la síntesis de oximas.

De acuerdo con el artículo "Enzimas: ¿qué son y cómo funcionan?", de la Revista Digital Universitaria de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), las enzimas son moléculas formadas por aminoácidos que catalizan en los organismos diferentes reacciones químicas. Estas proteínas pueden utilizarse también fuera de las células; desde hace milenios, el ser humano las ha aprovechado para actividades cotidianas como la producción de pan y queso.

Las enzimas destacan por ser catalizadores poderosos, manipulables y amigables con el ambiente. Hoy en día, estas moléculas proteicas se utilizan no solo en la preparación de alimentos y bebidas, también en la síntesis de fármacos y compuestos de la industria química. Tienen una enorme variedad de funciones dentro de la célula, degradan azúcares, sintetizan grasas y aminoácidos, copian fielmente la información genética, participan en el reconocimiento y transmisión de señales del exterior y se encargan de degradar subproductos tóxicos para la célula, entre muchas otras funciones vitales.

El proyecto que el doctor Gerardo Valerio Alfaro propone consiste en la obtención de oximas y sus ésteres aromáticos, mediante una alternativa químico-enzimática, método sustentable y libre de residuos contaminantes. Este proceso de laboratorio tiene la finalidad de obtener compuestos de alto valor agregado y con un amplio campo de aplicación en la industria farmacéutica, alimentaria y química en general.

“Es primordial tratar de llevar a cabo procedimientos químicos a través de ciertas técnicas más seguras para el ambiente, con energías limpias, dentro de las cuales se puede hacer uso de otros compuestos, como las enzimas o sistemas enzimáticos, que funjan como catalizadores de un proceso químico para la obtención de sustancias o compuestos que son altamente demandados en el sector industrial”.

La preparación de fragancias idénticas a las naturales utilizando enzimas libres o inmovilizadas puede llevarse a cabo en condiciones suaves, como temperatura ambiente y pH cercano a la neutralidad. En este proceso, los biocatalizadores más prometedores son las lipasas, que son estables en disolventes orgánicos, son capaces de aceptar sustratos diversos para realizar la reacción de oximólisis que permita la obtención enzimática de ésteres de oximas. “El objetivo de este trabajo es la obtención de ésteres de oxima de aldehídos a partir de las oximas de aldehídos aromáticos y ésteres de vinilo, mediante el uso de lipasas comerciales como biocatalizadores”.

“Al hablar de aldehídos aromáticos, el interés surge en su aplicabilidad y elaboración, ya que, como materia prima, su conversión requiere del uso de reactivos convencionales, como solventes, además de que los procesos que se usan para purificarlos y obtenerlos implican gastos en energía y son agresivos con la naturaleza. Lo que estamos haciendo para la síntesis de estos compuestos en particular es usar una metodología llamada mecano-química, que implica no usar reactores en los que se tengan que agitar los compuestos en un disolvente, el cual resulta nocivo para el medio ambiente después de su uso. Por otro lado, la eficiencia de las enzimas en estas técnicas permite predecir la obtención de buenos rendimientos y excelente pureza, de hasta 99 por ciento, de los ésteres”.

Contaminación industrial

Según reportes de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat), en materia de residuos peligrosos, las industrias química, metalúrgica y automotriz son los sectores industriales con mayor generación, seguidos por la industria eléctrica y la de alimentos. Los estados de Chiapas, Guanajuato, Querétaro, Tabasco, Tamaulipas, Tlaxcala y Veracruz son los mayores generadores de contaminantes, altamente nocivos.

Gran parte de la contaminación atmosférica proviene de los desechos y sustancias usadas en el sector manufacturero, dichos contaminantes participan en el efecto invernadero y provocan fenómenos como la lluvia ácida y el esmog fotoquímico. La industria química es uno de los principales agentes contaminantes; sin embargo, en los últimos años las fábricas químicas han incorporado dispositivos y sistemas verdes que permiten disminuir emisiones, tanto de gases como de partículas.

Esto ha estimulado a los químicos a estudiar la obtención de compuestos que posean las propiedades deseadas en función de su utilidad pero que carezcan de las propiedades dañinas al medio ambiente, así como al desarrollo de procesos de producción que eliminen o minimicen la generación de emisiones contaminantes. La reducción en la emisión de contaminantes puede ser reducida de diversas maneras, como el empleo de catalizadores que pueden ayudar a reducir la generación de subproductos de desecho, pero además reduce considerablemente el consumo de energía de los procesos de producción

El investigador del Instituto Tecnológico de Veracruz explicó que la química verde tiene por objetivo la prevención de la contaminación ambiental mediante el diseño de procesos y productos químicos que no posean propiedades nocivas para el ecosistema. “Su mensaje ha penetrado ya la mente del químico industrial en el mundo por consideraciones no solo éticas sino también económicas. Por tal motivo, es necesario, y un asunto de primordial importancia, apoyar la investigación tecnológica en este sentido, ya que facilitando los recursos para investigar y desarrollar metodologías que prevengan la polución ambiental se favorecerá la puesta en práctica de tecnologías químicas innovadoras con buenos fundamentos, tanto científicos como económicos”.

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