Biodiésel y cosméticos con el sello de ‘Química verde’
La Química Verde (QV) propugna el desarrollo de procesos más comprometidos con el medio ambiente, evitando el empleo de compuestos volátiles orgánicos (contaminantes del aire que pueden ser perjudiciales para la salud) y la generación de subproductos que se acumulen como desechos. Es una actividad encaminada hacia el diseño de productos y procesos químicos que reduzcan o eliminen el uso o la generación de sustancias peligrosas, tanto para el medio ambiente como para los seres humanos.
Diversas herramientas como la Biocatálisis y los Líquidos Iónicos (LIs) pueden ayudar al desarrollo de procesos químicos más verdes. La primera de ellas resulta muy atractiva en este contexto debido al carácter natural de las enzimas, la alta eficiencia y especificidad que aportan a las transformaciones químicas y a su capacidad de reutilización.
Por su parte, los LIs son sales como la sal común de mesa; pero, a diferencia de ésta, que necesita temperaturas superiores a 800º C para fundirse, los LIs son líquidos a temperaturas por debajo de los 100º C. Además, debido a su naturaleza iónica, poseen una serie de características muy atrayentes: son excepcionales medios no acuosos para biocatálisis, dadas sus excelentes propiedades de solubilización y su gran estabilización enzimática. Pero, sobre todo, su nula presión de vapor impide su evaporación, evitando contaminaciones y favoreciendo su total recuperación y reutilización.
Existe un subgrupo de LIs altamente hidrófobos -rechazan o repelen el agua- que muestran un comportamiento muy interesante; son los líquidos iónicos tipo esponja (Sponge-like ionic liquids, SLIL), término acuñado por el grupo de investigación liderado por Pedro Lozano Rodríguez, catedrático en Bioquímica del departamento Bioquímica y Biología Molecular B e Inmunología de la Universidad de Murcia, cuyo trabajo está financiado por la Fundación Séneca. El proyecto lleva por título ‘Procesos Quimio-Enzimáticos basados en la Química Verde: Aplicación para la obtención de biocombustibles de 2ª generación y la valorización de glicerol’.
“La nanoestructura de estas matrices iónicas permite generar huecos hidrófobos para la incorporación de los productos de la reacción, que posteriormente son extraídos mediante la compactación de dichos agujeros a través de un sencillo y económico protocolo de centrifugaciones controladas”, explican los investigadores.
En el citado proyecto de investigación se ha aplicado estos SLILs para la síntesis verde de compuestos de alto valor añadido, como el biodiesel y monoacilglicéridos.
El biodiesel es un combustible oxigenado verde, aunque no se puede decir lo mismo de su síntesis, que es un proceso químico de bajo rendimiento, caro y con gran cantidad de reacciones colaterales (la generación de jabones) y subproductos que hacen necesarios costosos procedimientos de lavado para su purificación. Los investigadores de la Universidad de Murcia han planteado “una nueva estrategia de síntesis basada en reacciones de esterificación de glicerol con ácidos grasos libres o bien trans-esterificación con diversos aceites vegetales (como el aceite de oliva, de semillas de algodón, de girasol e incluso aceite de cocina usado)”, explican.
En estas reacciones catalizadas enzimáticamente y, por tanto, más específicas y efectivas, los SLILs favorecen “la solubilización de ambos sustratos, la estabilización y selectividad enzimática, además de facilitar un protocolo verde, económico y sencillo de purificación del biodiésel, basado en centrifugaciones controladas a temperaturas decrecientes. Esta estrategia ha permitido la producción de FAMEs (ésteres metílicos de ácidos grasos) y FASEs (ésteres sol etílicos de ácidos grasos, importantes aditivos del biodiésel) con un rendimiento de casi el 100% en tan sólo 6 horas y en condiciones energéticas suaves (a 60ºC)”, puntualizan.
Emulsionantes
Los SLILs también se han aplicado para la valorización del glicerol, realizándose con éxito la síntesis enzimática y sostenible de monoacilglicéridos, que son productos con una importante aplicación como surfactantes y emulsionantes en industrias farmacéutica, cosmética o de alimentación, entre otras. Aunque también se utilizan como suplementos dietéticos, portadores de fármacos, poseen propiedades cardioprotectoras y se ha descrito que previenen hiperplasias prostáticas. Al igual que el biodiesel, su síntesis química es energéticamente costosa y con bajo rendimiento. El empleo de una lipasa que catalice la esterificación directa del glicerol con diversos ácidos grasos en condiciones suaves de reacción incrementa la selectividad y el rendimiento.
Pero de nuevo es necesario un medio de reacción que favorezca que sean solubles ambos sustratos, cuya naturaleza química es muy diferente. Los SLILs han demostrado su efectividad para soportar dichas reacciones de síntesis, participando en la actividad enzimática y obteniendo tasas de rendimiento y especificidad del 100%. Estos resultados fueron objeto de portada de la revista internacional más importante en el ámbito de la Química Sostenible, como es ‘Green Chemistry’, editada por la Royal Society of Chemistry.
En definitiva, la combinación de biocatalizadores y líquidos iónicos ha demostrado ser muy efectiva para el desarrollo de procesos verdes integrados de síntesis y purificación de productos, como son el biodiesel a partir de productos de desecho, y los monoacilglicéridos de aplicación cosmética, como estrategia de valorización del glicerol.
Proyecto de investigación ‘Procesos Quimio-Enzimáticos basados en la Química Verde: Aplicación para la obtención de biocombustibles de 2ª generación y la valorización de glicerol’.
Investigador principal: Pedro Lozano Rodríguez, catedrático en Bioquímica, Fellow Royal Society of Chemistry y decano de la Facultad de Química. Departamento Bioquímica y Biología Molecular B e Inmunología, Facultad de Química, Universidad de Murcia.