Los mechones de cabello desechados en el piso del salón algún día podrían ayudar a cultivar su ensalada a la hora del almuerzo, gracias a los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), que han creado el medio de crecimiento utilizado en la agricultura urbana, conocido como sustratos hidropónicos, utilizando queratina extraída del cabello humano.

En hidroponía, los cultivos se cultivan sin suelo, utilizando un sustrato que actúa tanto como estructura de soporte como reservorio de agua y nutrientes. Los sustratos a base de queratina desarrollados por el equipo de investigación de la NTU se han probado con cultivos como microvegetales y vegetales de hoja, incluido el repollo chino bok choy y las hojas de rúcula, también conocida como rúcula.

En su estudio, los investigadores de la NTU primero extrajeron queratina del cabello humano recolectado en salones de belleza. La solución de queratina se mezcla con fibras de celulosa para fortalecerla, que luego se seca en un sustrato esponjoso.

El sustrato es sostenible, biodegradable y ecológico ya que está hecho de material de desecho y se convierte en una fuente de nutrientes para las plantas a medida que se degrada. El rendimiento de este sustrato a base de queratina es comparable a los materiales actualmente disponibles en el mercado, según pruebas de laboratorio.

El profesor Ng Kee Woei, presidente asociado de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales (MSE) de la NTU, quien dirigió la investigación, dijo:"Además del cabello, la ganadería produce grandes cantidades de queratina como desechos biológicos, ya que se encuentra abundantemente en la lana, cuernos, pezuñas y plumas. Dado que la queratina se puede extraer de muchos tipos de desechos agrícolas, el desarrollo de sustratos hidropónicos a base de queratina podría ser una estrategia importante para reciclar los desechos agrícolas como parte de la agricultura sostenible".

Los investigadores esperan que su sustrato ofrezca una alternativa renovable a las ofertas comerciales actuales, como las fabricadas con lana de roca, poliuretano y espumas fenólicas que no son sostenibles y no aportan nutrición a las plantas.

Los hallazgos de este estudio de prueba de concepto se publicaron en la revista científica revisada por pares ACS Sustainable Chemistry &Engineering . El estudio tiene su origen en la Iniciativa NTU-Harvard para la Nanotecnología Sostenible, una colaboración con T.H. Chan School of Public Health en los Estados Unidos.

Pelo hoy, corte mañana

La queratina está compuesta por aminoácidos que son fuente de nutrientes para el crecimiento de las plantas. Estos aminoácidos también pueden unirse a otros tipos de nutrientes y liberarlos en condiciones controladas. Por lo tanto, la queratina tiene un gran potencial como medio de crecimiento utilizado en hidroponía y agricultura urbana, donde la liberación oportuna de nutrientes y agua es esencial.

Sin embargo, la queratina no es lo suficientemente fuerte por sí misma para formar un sustrato. Los investigadores lo mezclaron con fibras de celulosa para fortalecer su estructura y mejorar su capacidad de hincharse con el agua. La celulosa se extrajo de la pulpa de madera blanda, lo que significa que el producto final es sostenible.

El sustrato de queratina-celulosa resultante contiene una estructura de poros altamente interconectados, lo que permite una acción capilar mejorada. Esto permite que el sustrato extraiga la solución nutritiva a base de agua para suministrar continuamente agua y nutrientes a las raíces de las plantas.

"Los sustratos hidropónicos resultantes tienen una alta porosidad y una buena resiliencia mecánica en condiciones acuosas", dijo el primer autor del artículo, el Dr. Zhao Zhitong, investigador del MSE de la NTU. "Además, este sustrato a base de queratina puede absorber y retener grandes cantidades de agua, lo que lo convierte en un medio de crecimiento prometedor para apoyar la germinación de semillas y el crecimiento de cultivos en hidroponía".

Una propiedad importante de los sustratos hidropónicos es su capacidad para retener suficiente agua para sustentar el crecimiento de los cultivos, lo que puede evaluarse por la capacidad de absorción de agua. El profesor Ng dijo:"Nuestro sustrato a base de queratina puede retener agua hasta 40 veces su peso original, lo que está a la par de los sustratos comerciales disponibles actualmente".

En sus experimentos, los investigadores cultivaron la planta modelo Arabidopsis y vegetales como la rúcula y el bok choy. Un gramo de cabello humano puede producir alrededor de tres bloques de sustratos de aproximadamente 1,5 cm por 1,5 cm por 3 cm, o el tamaño de un pequeño cubo de hielo.

Tanto las plántulas de rúcula como las de bok choy se desarrollaron bien en sustratos a base de queratina, con sistemas robustos de raíces y brotes.

"Las plantas en realidad desarrollaron sistemas de raíces mucho más largos en los sustratos a base de queratina que en las espumas fenólicas disponibles comercialmente, lo cual es una señal prometedora de que las raíces vegetales pueden penetrar mejor en los sustratos a base de queratina y absorber de manera más efectiva los nutrientes liberados de los sustratos", dijo el profesor. Ng.

Personalización de sustratos para una máxima eficiencia de nutrientes

Para aumentar aún más el contenido de nutrientes de los sustratos, el coautor, el profesor Hu Xiao, del MSE de la NTU, incorporó nanonutrientes como el cobre en los sustratos.

Estos nutrientes ayudan a mejorar la germinación de las semillas, el rendimiento de los cultivos y la salud general de las plantas al suprimir varios tipos de enfermedades de las plantas.

"El sustrato a base de queratina no solo ofrece una plataforma sostenible para la incorporación de diferentes tipos y formas de nutrientes vegetales, sino que también tiene otras ventajas sobre los productos existentes. Una ventaja es permitir una mayor flexibilidad para adaptar el perfil de liberación de nutrientes para adaptarse al crecimiento de cultivo específico. Esta tecnología tiene un gran potencial para mejorar significativamente la productividad de la agricultura urbana para satisfacer las necesidades de la sociedad, especialmente en Singapur, donde escasea la tierra", dijo el profesor Hu, quien también dirige el esfuerzo de química ambiental y materiales en el Instituto de Investigación del Medio Ambiente y el Agua de Nanyang de la NTU. .

En su forma actual, el sustrato de queratina desarrollado por el equipo de investigación puede durar entre cuatro y ocho semanas, según las condiciones. Tampoco deja residuos, a diferencia de los sustratos comerciales actualmente disponibles en el mercado que no se degradan y se convierten en residuos sólidos después de la cosecha.

La queratina también se puede extraer de las plumas de aves, que contienen proteínas que se comportan de manera similar a las proteínas del cabello humano.

El equipo de investigación está en conversaciones con socios de la industria, incluidas granjas urbanas locales, para realizar pruebas de campo a gran escala. Una de estas pruebas tiene como objetivo modificar la composición del sustrato para adaptarse a diferentes tipos de cultivos de hortalizas, incluidos aquellos con raíces más gruesas.

"Sustratos de nutrientes sostenibles para el desarrollo mejorado de plántulas en hidroponía" se publicó en Química e ingeniería sostenibles de ACS el 23 de junio de 2022. + Explora más

Biochar sustrato adecuado para tomates hidropónicos sin suelo