Las conchas de los crustáceos y los desechos de madera, como las ramas podadas de los árboles, suelen acabar en los vertederos. Estos materiales de desecho reciben una nueva vida para convertirse en suplementos nutricionales y medicamentos. con la ayuda de un proceso novedoso desarrollado por investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS).

Un equipo dirigido por el profesor asociado Yan Ning y el profesor asistente Zhou Kang del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Facultad de Ingeniería de NUS ideó un método para convertir las conchas de camarones y cangrejos en L-DOPA. un fármaco ampliamente utilizado para tratar la enfermedad de Parkinson. Se puede utilizar un método similar para convertir los desechos de madera en Proline, que es esencial para la formación de colágeno y cartílago saludables.

El enfoque de conversión del equipo de NUS puede potencialmente desempeñar un papel fundamental en la industria química, a medida que el movimiento de compuestos derivados de desechos ha ido ganando impulso en un intento por reducir la dependencia del uso de combustibles fósiles no renovables y procesos que consumen energía.

De los residuos a los productos químicos útiles

La industria mundial de procesamiento de alimentos genera hasta ocho millones de toneladas de desechos de conchas de crustáceos al año. Al mismo tiempo, Singapur generó más de 438, 000 toneladas de residuos de madera en 2019, entre las que destacan las ramas podadas de los árboles y el serrín de los talleres. La obtención de formas de reciclar estos materiales de desecho de alimentos y agrícolas en compuestos útiles obtendrá beneficios sin forzar los vertederos.

Aunque la reutilización de materiales de desecho ha ganado terreno en los últimos años, la producción típica de productos químicos producidos a partir del reciclaje de residuos suele estar menos diversificada que la tubería de síntesis química convencional que utiliza petróleo crudo o gas. Para superar las limitaciones los investigadores de NUS idearon una vía que combina un enfoque químico con un proceso biológico.

Primero aplicaron procesos químicos a los materiales de desecho y los convirtieron en una sustancia que los microbios pueden "digerir". El segundo paso implica un proceso biológico, similar a la fermentación de uvas en vino, donde diseñaron cepas especiales de bacterias como Escherichia coli para convertir la sustancia producida en el proceso químico en un producto de mayor valor, como los aminoácidos.

El equipo de NUS tardó cuatro años en derivar su método, y lo aplicó para obtener productos químicos de alto valor a partir de fuentes renovables de forma sostenible.

Producir químicos orgánicos más baratos y más rápidos

Convencionalmente L-DOPA se produce a partir de L-tirosina, una sustancia química hecha de la fermentación de azúcares. Con el enfoque desarrollado por el equipo de NUS, Los desechos de crustáceos se tratan primero mediante un simple paso químico, permitiendo que los microbios lo utilicen para producir L-DOPA. El rendimiento del método NUS es similar al obtenido con el método tradicional con azúcares. Además, en comparación con la glucosa, el azúcar más comúnmente utilizado, que cuesta entre US $ 400 y US $ 600 por tonelada, los desechos de camarón cuestan solo alrededor de US $ 100 por tonelada. Dado el bajo costo y la abundancia de desechos de conchas, El proceso del equipo de NUS tiene el potencial de proporcionar L-DOPA a un costo menor.

Prolina, por otra parte, se produce convencionalmente a través de procesos biológicos puros. El método único del equipo de NUS ahora ha reemplazado la mayoría de las transformaciones mediante el uso de procesos químicos, que son mucho más rápidos. Como resultado, el nuevo proceso integrado podría lograr una mayor productividad, y potencialmente conducir a reducciones en la inversión de capital y los costos operativos.

La investigación sobre la producción de aminoácidos como L-DOPA a partir de caparazones de crustáceos se publicó por primera vez en línea en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) el 25 de marzo de 2020. mientras que el trabajo sobre la producción de prolina a partir de desechos de madera se informó en Angewandte Chemie el 27 de julio de 2020.

"Los procesos químicos son rápidos y pueden utilizar una variedad de condiciones duras, como calor extremo o presión, para descomponer una amplia variedad de materiales de desecho, ya que no hay ningún organismo vivo involucrado, pero solo pueden producir sustancias simples. Por otra parte, los procesos biológicos son mucho más lentos, y requieren condiciones muy específicas para que los microbios prosperen, pero pueden producir sustancias complejas que tienden a ser de mayor valor. Combinando procesos químicos y biológicos, podemos cosechar los beneficios de ambos para crear materiales de alto valor, "explicó el profesor asistente Zhou.

Potencial para reciclar otros tipos de residuos

La metodología del equipo de NUS tiene el potencial de aplicarse a diferentes tipos de materiales de desecho, y pueden adaptar el proceso, según el tipo de residuo y el producto final de destino.

Avanzando el equipo busca adaptar su proceso único a otras formas de residuos, como dióxido de carbono y papel de desecho. Tal desarrollo reduciría la dependencia de la sociedad de recursos no renovables para adquirir productos químicos que son componentes importantes de muchos suplementos nutricionales y medicamentos en la actualidad.

"Nuestro novedoso flujo de trabajo integrado químico-biológico ofrece una vía general para producir una variedad de compuestos químicos organonitrógenos de alto valor. Si bien puede parecer simple en el papel simplemente combinar dos metodologías diferentes, El diablo está en los detalles. Dado que estos productos químicos se encuentran en una amplia gama de productos farmacéuticos de valor comercial, pigmentos y nutrientes, estamos entusiasmados de ampliar nuestra investigación y desarrollar nuevas metodologías para producir productos químicos de valor agregado a partir de otros abundantes, sustratos disponibles localmente que se encuentran en Singapur, ", compartió el profesor asociado Yan.

El equipo de investigación también tiene previsto ampliar los procesos que actualmente se desarrollan en sus laboratorios, y trabajar con socios industriales para comercializar esta tecnología.