domingo, 27 de julio de 2014

Bioplásticos

or  para Ciencia Hoy el . Publicado en Número 138.
Un uso novedoso para un ingrediente milenario: los bioplásticos de almidón.

Arrastrada por la corriente giratoria del océano Pacífico Norte, una sopa de pequeños fragmentos de detritos plásticos fluctúa arrastrando objetos tan diversos como redes de pesca, envases, ojotas, cepillos de dientes, etcétera. Traídos por los ríos o lanzados al mar desde barcos o plataformas de petróleo, esos restos plásticos se concentran en una superficie enorme, conocida como la gran mancha de basura del Pacífico, donde se degradan muy lentamente. Las mismas propiedades (costo, durabilidad) que dieron ventaja a los plásticos sobre otros materiales los convirtieron en un problema para el medio ambiente.
Los plásticos son el producto de la reacción entre un polímero y un plastificante. En la industria de plásticos tradicional la materia prima utilizada para sintetizarlos es fósil (petróleo). Una vez procesados, estos plásticos ocupan un lugar preponderante en nuestras vidas. Una parte es reutilizada o reciclada pero el resto es descartado, iniciándose un lentísimo proceso de degradación que puede durar varios siglos. Sustituir esos materiales por otros biodegradables ayudaría a reducir la presión sobre los recursos naturales no renovables (petróleo) y a disminuir el volumen de residuos domésticos, agrícolas e industriales.
La biotecnología industrial ha desarrollado la síntesis de bioplásticos, que se diferencian de los convencionales fundamentalmente porque los polímeros que conforman su materia prima son de origen biológico (celulosa, almidón, aceites vegetales) en lugar de fósil. A su vez, aunque unos pocos plásticos de origen fósil son biodegradables, la mayoría de los bioplásticos lo son.
Uno de los bioplásticos más versátiles es el ácido poliláctico (PLA), un poliéster formado a partir del ácido láctico producido por fermentación. Sirve para rellenar almohadas y colchones, como revestimiento de películas o papel, en la fabricación de embalajes descartables y en las industrias automotriz y electrónica.
Otros bioplásticos son sintetizados directamente por microorganismos. Algunos, como el polihidroxialcanoato (PHA) y el polihidroxibutirato (PHB), también son usados en embalajes por la industria de alimentos. Otros, como el Biopol, encuentran aplicaciones en el área médica.

Los bioplásticos en el aula

Tanto en el contexto de los problemas ambientales abordados en los cursos de ciencias naturales como en los de química y biotecnología, este artículo propone una manera experimental y novedosa de incorporar la dimensión tecnológica en la formación científica del alumno.
Proponemos la preparación de plásticos de almidón de dos modos diferentes, siempre con un criterio de sencillez y economía de recursos materiales. Los protocolos que presentamos aquí pueden realizarse en un laboratorio escolar con elementos al alcance de todos, pero también pueden ser desarrollados con equipos más sofisticados (material de vidrio, balanza, estufa, agitador, pipeta, etcétera).

Bioplásticos de almidón: fundamentos

Estructura del almidón. La presencia de almidón suele detectarse por tinción con un reactivo denominado Lugol (iodo y ioduro de potasio en una solución de agua) que le confiere coloración azulada. Esta reacción se debe a la inclusión del iodo en la hélice formada por la cadena lineal de la amilosa, resultando un compuesto de color azul oscuro.
El almidón es un azúcar (polisacárido) de reserva predominante en las plantas. En las industrias químicas y de alimentos que lo utilizan como materia prima se lo extrae de maíz, papa, arroz, trigo y mandioca. La molécula de almidón está formada por monómeros de glucosa unidos mediante ligaciones α-(1 → 4) asociados en cadenas lineales que conforman la amilosa (figura 1) y en cadenas con ramificaciones resultantes de la presencia de otro tipo de ligaciones, denominadas α-(1 → 6). Estas cadenas ramificadas constituyen la amilopectina (figura 1).
Estructura del almidón. La presencia de almidón suele detectarse por tinción con un reactivo denominado Lugol (iodo y ioduro de potasio en una solución de agua) que le confiere coloración azulada. Esta reacción se debe a la inclusión del iodo en la hélice formada por la cadena lineal de la amilosa, resultando un compuesto de color azul oscuro.
Estructura del almidón. La presencia de almidón suele detectarse por tinción con un reactivo denominado Lugol (iodo y ioduro de potasio en una solución de agua) que le confiere coloración azulada. Esta reacción se debe a la inclusión del iodo en la hélice formada por la cadena lineal de la amilosa, resultando un compuesto de color azul oscuro.
El almidón forma una goma (gelatiniza) cuando se lo hidrata a una temperatura relativamente alta. La ruptura (hidrólisis) parcial que experimentan las cadenas de amilosa y amilopectina cuando son hidratadas permite la entrada de otros compuestos, denominados aditivos, que, al establecer nuevas ligaciones químicas, modifican la estructura del almidón. Esos aditivos cumplen pues una función plastificante y, según las ligaciones químicas que formen con las otras moléculas (ligaciones puentes de hidrógeno o covalentes), la estructura será más flexible o más rígida respectivamente.
Las características de un plástico de almidón dependen básicamente del plastificante elegido. Sustancias como el glicerol (un tipo de alcohol), que tiene propiedades humectantes, forman películas flexibles. En cambio, sustancias como los ácidos grasos forman plásticos más rígidos. La concentración del aditivo plastificante también puede modificar las propiedades del bioplástico.

Preparación de un plástico rígido de almidón

Este plástico se prepara en el horno de microondas calentando el almidón con agua y aceite vegetal. ¿Qué se necesita? Un horno de microondas, almidón de maíz, agua, aceite vegetal, una bolsa plástica y unas gotas de colorante de alimentos.
Esas cantidades son las mínimas necesarias para realizar un único experimento. Las cantidades totales tendrán que ser calculadas en función del número de alumnos y del modo en que se desarrollará el aula.

Procedimiento experimental

1. Colocar en la bolsa de plástico 2 cucharadas soperas de almidón (16g), 2 cucharadas soperas de agua (30ml) y unas gotas de colorante de alimentos.
2. Mezclar, amasando la bolsa con las manos.
3. Agregar 4 o 5 gotas de aceite vegetal en la bolsa de plástico y mezclar nuevamente.
4. Cerrar la bolsa dejando una abertura en la punta.
5. Calentar en el microondas durante 30 o 40 segundos. Esperar que la temperatura baje y retirar la bolsa del microondas, con muchísimo cuidado para evitar quemaduras.
6. Una vez frío, retirar el plástico de la bolsa y dejar secar un par de días a temperatura ambiente.
Una vez logrado el producto (figura 2), es posible analizar algunas de las propiedades del bioplástico obtenido, como dureza, flexibilidad y posibilidad de biodegradación.
El protocolo anterior puede ser utilizado en indagaciones más complejas. Una posibilidad es comparar los bioplásticos obtenidos con diferentes fuentes: almidón de maíz, harina de trigo, fécula de papa, fécula de mandioca, etcétera. Otra es comparar los bioplásticos obtenidos con diferentes dispersantes: aceite de soja, aceite de girasol, aceite de maíz, etcétera. Y una tercera es ver lo que ocurre al modificar las proporciones de almidón y aceite.

Preparación de un plástico flexible de almidón

Este protocolo es algo más complejo que el anterior porque demanda ciertos equipamientos y reactivos específicos de laboratorio: material de vidrio, mechero, balanza, estufa, agitador y soluciones de ácido clorhídrico e hidróxido de sodio. En este caso, además, se utiliza glicerol como agente plastificante.
Bioplástico rígido de almidón. A. Mezcla de almidón, agua, aceite y colorante. B. La misma mezcla al salir del microondas. C. El bioplástico, ya seco.
Bioplástico rígido de almidón. A. Mezcla de almidón, agua, aceite y colorante. B. La misma mezcla al salir del microondas. C. El bioplástico, ya seco.
Los materiales necesarios son los siguientes: un baño María con agua hirviendo, almidón de maíz, agua destilada, una solución de ácido clorhídrico (HCl 0,1M), una solución de hidróxido de sodio (NaOH 0,1M), glicerina comercial, colorante de alimentos (opcional) y una bandeja de telgopor de las que se usan para embalar alimentos. Antes de iniciar el procedimiento se discutirán las normas de seguridad que serán adoptadas (uso de guantes o anteojos de protección).
Como en el protocolo anterior, esas cantidades son las mínimas necesarias para realizar un único experimento. Las cantidades totales tendrán que ser calculadas en función del número de alumnos y del modo en que se desarrollará el aula.

Procedimiento experimental

1. Colocar en un vaso de precipitados 5g de almidón de maíz. Agregar, mezclando bien, 40ml de agua destilada, 4ml de glicerina 50% (v/v), 6 ml de HCl 0,1M y unas gotas de colorante de alimentos.
2. Mantener aproximadamente 10 minutos en baño María, en hervor, agitando continuamente, hasta que la mezcla quede viscosa. Si la viscosidad se torna demasiado alta, adicionar de 2 a 8ml de NaOH 0,1M, para disminuirla.
3. Verter la mezcla en la bandeja y dejar secar algunas horas al sol o varios días a temperatura ambiente.
Una vez obtenido el producto (figura 3), analizar algunas de las características del bioplástico obtenido, por ejemplo, flexibilidad, resistencia, combustibilidad y posibilidad de biodegradación.
Así como el anterior, este protocolo puede dar pie a varias indagaciones relacionadas con la adaptación de la técnica para la elaboración de bioplásticos con almidones de diferente origen (papa, mandioca) o a la obtención de películas de diferente tamaño y espesor.

Biotecnología blanca

Estos protocolos fueron aplicados con éxito repetidas veces en nuestros cursos de biotecnología para los alumnos del Instituto de Tecnología ORT de Río de Janeiro y también en cursos de perfeccionamiento de profesores realizados en ORT Uruguay (2005) y en el marco de la Conferencia Río+20 (2012), junto con el Consejo Regional de Biología de Río de Janeiro y Espíritu Santo, Brasil.
Bioplástico flexible de almidón. Vertido de la mezcla en el molde (izquierda) y producto final (bioplástico flexible) terminado.Bioplástico flexible de almidón. Vertido de la mezcla en el molde (izquierda) y producto final (bioplástico flexible) terminado.
Estas actividades ilustran aspectos de la biotecnología industrial, también denominada biotecnología blanca porque procura reemplazar las tecnologías contaminantes por otras más limpias o amigables con el ambiente. Por su alcance y versatilidad pueden ser ubicadas dentro del área denominada STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics), una tendencia educativa que trata de estimular el interés de los jóvenes por esas disciplinas. Los consideramos ‘protocolos de partida’ porque exigen pocos recursos económicos, pueden ser aplicados en diferentes niveles y adaptados a diferentes modalidades didácticas. Aunque dediquemos este artículo a los bioplásticos de almidón, es posible obtener plásticos a partir de otros polímeros naturales, como la caseína o la gelatina.
Los bioplásticos de almidón no son materiales para un futuro lejano o de ciencia-ficción. En Europa ya son comercializados embalajes bioplásticos para el acondicionamiento de manteca y margarina sintetizados a partir de almidón combinado con poliésteres de origen renovable o petrolero. Y en Italia, Finlandia y Dinamarca se venden bolsas de basura de composición semejante, que son biodegradables.
El mundo de la biotecnología industrial o biotecnología blanca está a nuestro alcance. Es imperativo mostrar a los jóvenes la existencia de tecnologías limpias y su contribución para un desarrollo sustentable.

Lecturas Sugeridas

BIOTECNOLOGIA, ENSINO E DIVULGAÇÃO, www.bteduc.bio.br. Página web dedicada a la enseñanza y divulgación de la biotecnología.
DÍAZ A, 2005, Bio ¿qué? Biotecnología, el futuro llegó hace rato, Buenos Aires, Siglo XXI-Universidad Nacional de Quilmes-Tres Tiempos.
MALAJOVICH MA MUÑOZ, 2012, Biotecnología, Bernal, Editorial de la Universidad Nacional de Quilmes.
María Antonia Muñoz de Malajovich

María Antonia Muñoz de Malajovich

Doctora en ciencias biológicas, Universidad Federal de Río de Janeiro, Brasil. Profesora y coordinadora de biotecnología, Instituto de Tecnología ORT de Río de Janeiro, Brasil. Profesora visitante de biotecnología, Universidad ORT, Uruguay. Directora científica de la Asociación Nacional de Bioseguridad (ANBIO), Brasil.
maria.antonia@bteduc.bio.br

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EFECTO INVERNADERO, CLIMA Y SALUD

INTRODUCCIÓN Sabemos que la temperatura del planeta es perfecta para la vida y que la Tierra recibe el calor del Sol. Algunos gases atmosféricos lo retienen, evitando que el calor se escape al espacio. Actualmente el medio ambiente está en peligro a causa de la contaminación atmosférica, que provoca que: los gases retengan mucho calor en la superficie, las temperaturas hayan aumentado (provocando un cambio climático a nivel mundial) y que aumente el nivel del mar resultando amenazante para los seres vivos. Existen tres formas de hablar de este problema: • Calentamiento global: observación realizada en el mundo sobre el aumento de temperatura del aire. • Efecto invernadero: proceso por el cual se produce el calentamiento global. • Cambio climático: cambios en el clima debido al calentamiento atmosférico producido por el efecto invernadero. EL EFECTO INVERNADERO Y EL CALENTAMIENTO GLOBAL El calentamiento global se produce debido al efecto de las radiaciones infrarrojas que llegan a la tierra, procedentes del sol. Una parte de éstas, son reflejadas a la atmósfera y otras son absorbidas por la superficie terrestre. Las radiaciones tienen poca energía y por ello no pueden romper los enlaces moleculares. Cuando algunas moléculas presentes en la atmósfera las reciben, los enlaces atómicos vibran sin romperse. Así, quedan capturadas en la atmósfera o en la superficie. Esa vibración produce el aumento de temperatura. A esto se lo denomina efecto invernadero. El dióxido de carbono (CO2) es el gas más importante de efecto invernadero. Otros gases de potente efecto son el metano carbón y los escapes de gas en gasoductos, los Clorofluorcarbonados (CFC) y sus derivados. CAMBIO CLIMÁTICO Es el resultado del aumento de concentraciones de gases invernadero tales como el dióxido de carbono, metano, óxidos nitrosos y clorofluorocarbonos que atrapan la radiación infrarroja y hacen aumentar la temperatura planetaria. CONSECUENCIAS DEL EFECTO INVERNADERO Y EL CLIMA EN LA SOCIEDAD La humanidad se enfrentará a problemas de agua cada vez más grave. El Cambio Climático alterará los regímenes de precipitación y evaporización, y tendería a reducir la acumulación de la nieve en las zonas montañosas y en otras regiones frías. Serán cada vez más las sequías e inundaciones. La reducción del suministro de agua entrañaría mayores presiones para la población, la agricultura y el medio ambiente Repercusiones sociales y políticas. El impacto previsto del Cambio Climático exacerbará probablemente el hambre y la pobreza en todo el mundo.  EN LA SALUD Las temperaturas, lluvias extremas, olas de calor, inundaciones y sequías, producen efectos directos sobre la mortalidad y también efectos a largo plazo. Por otra parte, el cambio climático también ejerce su acción sobre la biodiversidad y el ecosistema en general, con la consecuente repercusión sobre la salud. El efecto del clima extremo sobre la salud provoca problemas cardiovasculares, cerebro-vasculares y respiratorios, especialmente en personas de edad avanzada, además, se producen problemas a nivel físico, incluyendo heridos y muertos y consecuencias a más largo término tales como problemas a nivel de salud mental. Las políticas de adaptación socioeconómica son imprescindibles de cara a mitigar los efectos del cambio climático sobre la salud. Los actuales conocimientos hacen altamente recomendable la adopción de medidas de prevención en salud pública, con estrategias de adaptación específicas, destinadas a evitar los efectos negativos. Los efectos negativos del cambio climático sobre la salud ya se están evidenciando y son especialmente importantes tanto en los países en desarrollo como en los grupos más vulnerables de los países ricos. Estos efectos pueden estar modulados por una serie de factores tales como el desarrollo socioeconómico y por el grado de implementación de medidas de adaptación al cambio. ARTÍCULO ANEXO Alerta mundial por las consecuencias del cambio climático en la salud La directora de la OMS, afirmó que ya se están sufriendo las consecuencias del cambio climático y es necesario invertir la situación ya. El objetivo del protocolo de Kyoto prevé la reducción de las emisiones de gases sobre para el período 2008-2012. El objetivo de el Día Mundial de la Salud es incrementar el interés y señalar prioridades en el accionar de la OMS. GUILLERMÓN Natalia, MARTINEZ Pía, MOREA Pilar y RIVERA Juliana Bibliografía: • Microsoft Encarta 2006. Internet • www.portal-cifi.com • www.consumer.es • www.prb.org • http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs266/es/ • http://ecohuellas.wordpress.com/2008/04/08/alerta-mundial-por-las-consecuencias-del-cambio-climatico-en-la-salud/

Calentamiento global

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La pérdida de la biodiversidad

El delicado equilibrio que hay en biodiversidad, y que desarrolló a lo largo de millones de año, es puesto hoy en peligro por el ser humano.
La amenaza de la desaparición de especies muy apreciada, entre los pandas, elefantes, ballenas, y en nuestro país el oso hormiguero y el macá tobiano, esta creando la conciencia en la población mundial sobre el peligro de su extinción.
Pero sin embargo, estas pocas especies con apenas la punta de un iceberg, pues el problema es mucho mayor. Por lo menos 50.000 especies están en peligro de extinción cada año. Las causas se deben fundamentalmente al mal manejo de los recursos que produce la destrucción de los habitas, ya sea por la introducción de especies exóticas que alteran los procesos ecológicos de un sistema, por la caza y el exterminio deliberado, por la sobreexplotación de animales, peces y plantas o por la contaminación de las tierras o de las aguas.
La diversidad biológica se analiza a 3 escalas:
· La variedad de ecosistemas, en los cuales los organismos viven y evolucionan;
· La variedad de especies;
· La variedad genética.

"La Salud del Paneta Depende de Vos"

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