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Bioplástico a partir de queratina obtenida de plumas de aves

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Estudiantes Chilenos trabajan en un proyecto que busca una segunda vida a las más de 54.000 toneladas anuales de plumas residuales generadas por la industria avícola.

En Chile, la industria avícola genera más de 54.000 toneladas anuales de plumas como desechos, materiales que son escasamente reutilizados y terminan siendo mezclados con otros residuos para convertirlos en alimentos para salmones o terminar rellenos sanitarios. En otras ocasiones, simplemente son incineradas para su eliminación, perdiendo así la oportunidad de generar productos con valor agregado.

Este problema fue convertido en una oportunidad por un grupo de estudiantes de la Universidad de Chile que busca renovar la industria del plástico a partir de la producción de este material con plumas residuales de aves, un material que junto con aprovechar este desecho de la industria tendría la virtud de ser biodegradable. El equipo de innovadores explica que las plumas están hechas en un 80 por ciento de queratina y, en este caso, la producción resulta del proceso de obtención de esta proteína mediante la hidrólisis de las plumas. La queratina, además, puede ser obtenida de pelos, pezuñas o fuentes vegetales.

El “Keracycle se consigue al desintegrar la pluma hasta sus formas moleculares, para posteriormente separar selectivamente la queratina. El uso que se les puede dar a los bioplásticos que buscamos generar va a depender de su nivel de pureza y los tratamientos que se generen. La queratina puede ser incluso biocompatible y se podría utilizar hasta para propósitos biomédicos, si es que tiene una pureza muy alta y se da el tratamiento requerido, pero a menor escala se puede utilizar para envoltorios, para envases y todas esas cosas que son de un solo uso”, detalla Constanza Lizama, integrante del proyecto.

Calidad del material

El grupo de estudiantes comenta que a partir de la investigación han podido extraer y purificar queratina, y que están trabajando para obtener productos de la generación de materiales sostenibles. Constanza Lizama agrega que como la queratina proviene de la pluma, “el beneficio que tiene esta proteína versus otras, es que el material que se genera es muy ligero y es mejor aislante que los bioplásticos que se comercializan actualmente”.

Este trabajo nació en el segundo semestre del año 2019, durante el desarrollo del taller de Diseño de Procesos, como resultado de una lluvia de ideas sobre el proyecto central del curso y con el objetivo de contribuir a la economía circular. Después de trabajar continuamente durante dos semestres, la idea siguió motivando al equipo de estudiantes, por lo que decidieron tomarlo en serio y partir postulando a fondos concursables como “OpenBeauchef”, “Aplica tu idea” y “Entre Leones” y “OpenStartups”.

Debido a la pandemia de COVID-19, el grupo de estudiantes del Departamento de Ingeniería Química Biotecnología y Materiales (DIQBM) ha montado un pequeño laboratorio en el departamento de Constanza Lizama donde han desarrollado las primeras pruebas. El equipo espera tener este primer semestre el producto mínimo viable, es decir, el bioplástico probado.

“La etapa de extracción de queratina la tenemos muy dominada, pero la etapa del bioplástico es la que estamos trabajando ahora. Depende también la mezcla que nosotros queramos hacer en cómo van a ser las propiedades finales que va a tener el material. Estamos en la parte de purificación probando con diferentes técnicas, porque en algunas teníamos bastante buenos resultados sobre el 70 por ciento de pureza, pero hay otras que no estaban saliendo con ese nivel, entonces estamos ajustando esa etapa para poder estandarizarla”, cierra Lizama.

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Girolando, la mejor alternativa para la producción lechera en climas cálidos

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Con una producción promedio de 5.000 litros de leche durante 305 días bajo el calor del clima tropical, estas terneras presentan una mayor resistencia y adaptación al entorno, lo que aumenta sus tasas de supervivencia. Estas cualidades las destacan en un país donde la cría de terneras enfrenta tasas de mortalidad de hasta el 25 %. Las terneras Girolando pueden producir en promedio 5.000 litros de leche durante 305 días en climas cálidos. Fotos: Felipe Argoty, magíster en Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia sede Palmira.

En Colombia la producción lechera afronta una crisis marcada por los altos costos tanto de los insumos importados utilizados por la industria como de los alimentos concentrados para el ganado, además de factores como la tendencia al bajo consumo en el mercado y el encarecimiento de las tierras en zonas tradicionales de ganadería, entre otros, situación que ha obligado a los productores a buscar nuevas alternativas que permitan mantener la rentabilidad del negocio y reducir las pérdidas.

Foto. La cría de terneras enfrenta tasas de mortalidad de hasta el 25 %

Cerca del 80 % de la producción de leche proviene de animales con composición genuina en su genética, escenario en el que resaltan las terneras Girolando, una raza que toma y supera lo mejor del cruzamiento entre la productividad de la Holstein y la rusticidad de la Gyr, lo que les permite adaptarse a altas temperaturas, ser más tolerantes a parásitos y poderse pastorear en condiciones adversas, características que las convierten en la mejor opción para climas tropicales como los de Tolima, Valle del Cauca, Magdalena Medio y los Llanos Orientales y la Costa Caribe, en donde han demostrado un rendimiento superior.

En la industria lechera la etapa más crítica es la cría de las terneras, ya que es cuando los animales dependen de una adecuada alimentación y cuidados especiales para asegurar su supervivencia y óptimo desarrollo. Además de ser costosa, esta fase se asocia con altos índices de mortalidad, en particular por problemas de nutrición.

Ante este problema, durante su Maestría en Ciencias Agrarias en la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, el zootecnista Luis Felipe Argoty López evaluó mediante tres experimentos alternativas para mejorar la rentabilidad durante la cría, con dietas menos costosas pero con el aporte nutricional necesario para evitar problemas de crecimiento y desarrollo, clave en la crianza de reemplazo, cuando preparan a las terneras para que se conviertan en futuras vacas lecheras que renueven el hato y mantengan la productividad del sistema.

Foto. En Colombia cerca del 50 % de la producción de leche proviene de cruces de toros y cebús.

El Estudio

En la investigación se analizó el crecimiento y desarrollo ruminal (ingesta de alimento sólido) de 19 terneras Girolando F1 con edades entre 14 y 22 meses, en el corregimiento de Santa Rosa de Tapias, municipio de Guacarí (Valle del Cauca).

Para el trabajo se hicieron 3 grupos de animales con sendos tratamientos. A los del primer grupo (grupo control) se le suministraron 4 litros de leche al día, repartidas en dos tomas, y concentrado comercial; al segundo, 4 L de leche distribuidos en tres tomas, más consumo de alimento experimental; y al tercer grupo, 4 L de leche distribuidos en tres tomas, más consumo de alimento comercial. A todos los tratamientos se les suministró pasto pangola y agua a voluntad.

Sobre el alimento experimental, el investigador explica que “hicimos ajustes dentro de la proteína, la pusimos un poco más disponible dentro de la dieta de las terneras, usamos soya, maíz, algunos cereales, premezclas, un promotor de crecimiento ruminal y lo que utilizan todos los alimentos concentrados, porque el reto era hacer un concentrado experimental similar en composición al comercial, pero con algunas mejoras”.

Foto. El estudio se realizó con 19 terneras en el corregimiento de Santa Rosa de Tapias (Valle del Cauca)

También recolectó muestras de sangre cada 15 días, para analizar metabolitos como proteína, albúmina, globulinas, calcio, betahidroxibutirato (BHB) y cortisol. Así mismo evaluó parámetros biométricos como edad, peso, circunferencia, altura, ganancia de peso, consumo promedio y conversión alimenticia. Cada variable evaluada se analizó estadísticamente a través de un modelo mixto de medidas repetidas.

Aunque en la ganancia de peso los resultados no arrojaron diferencias significativas entre los tratamientos, entre muestreo sí las hubo y se evidenció que la edad de los animales influye en la concentración de proteínas en la sangre y que el BHB permite conocer indirectamente el desarrollo ruminal.

También se evidenció que “la edad de los animales influye en la concentración de proteínas en la sangre y que el BHB permite conocer indirectamente el desarrollo ruminal”.

Foto. Con la raza Girolando se puede obtener una producción lechera más competitiva y menos dependiente de razas europeas

El investigador destaca que, “este indicador sugiere que las terneras están desarrollando su rumen de forma óptima, lo cual es esencial para una digestión eficiente, y en última instancia para su futura capacidad de producir leche”.

También se registraron bajos niveles de cortisol en la sangre, una hormona que se libera en respuesta al estrés y puede afectar el crecimiento y la salud general del animal. Altos niveles de este indican que las terneras están experimentando estrés, lo que puede influir negativamente en su sistema inmunológico y reducir su capacidad de aprovechar nutrientes, afectando el desarrollo del rumen y la futura producción de leche.

“Si logramos que más productores opten por razas como la Girolando, tendríamos una producción lechera más competitiva y menos dependiente de razas europeas, cuya adaptación a nuestras condiciones es limitada”, anota el magíster.

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