Una Potencial Solución Para la Industria Frutícola Nacional
El proyecto D11I-1226 financiado por CONICYT-FONDEF junto con las empresas regionales asociadas Terra Natur S.A., Innocon S.A e Indugras S.A., está orientado al desarrollo de papeles con mezcla de fibras secundarias y algas marinas que presenten propiedades bioactivas para mejorar los estándares de durabilidad y calidad en la industria frutícola.
Nuestro país produce anualmente cerca de 5 millones de toneladas de pulpa de celulosa y entre 450 y 500 mil toneladas de papel al año para diversos usos. Cada año se recupera cerca de 1 millón de toneladas de papel y cartón, con este material reciclado (pulpa secundaria) se producen en Chile 320 mil toneladas anuales de papeles de embalaje. Este material reciclado permite la elaboración de nuevos papeles tissue, cartulinas, papeles de impresión, escritura y papeles de envolver.
La alta cantidad de papel de desecho a nivel nacional como mundial, crea una necesidad ambiental y una oportunidad real para la innovación y búsqueda de alternativas para la reutilización de este producto. Dado lo anterior, las macroalgas constituyen una nueva fuente de materia prima para la obtención de pulpa y elaboración de papel. Esta novedosa aplicación, se sustenta en la capacidad de distintas especies de algas de formar una pulpa de características físico-mecánicas similares a las que se obtiene en la pulpa reciclada, permitiendo la mezcla de ambas, utilizando la tecnología existente en la industria papelera. En relación a lo anterior, existen algas que presentan largas fibras que pueden favorecer las propiedades de resistencia del papel, además de incorporar propiedades bioactivas contra determinados grupos de microorganismos en función de una serie de compuestos químicos presentes en las fibras algales.
La utilización de macroalgas chilenas, presenta oportunidades concretas para producir un producto diferenciado y atractivo, dadas sus características bioquímicas y su factibilidad de cultivo masivo, agregando valor comercial a aquellas especies de algas que no poseen actualmente un mercado. Bajo este concepto las macroalgas adicionan propiedades bioactivas, tales como antimicrobianos y antioxidantes. Estas propiedades permiten obtener un papel que posibilita la inocuidad de los elementos para los cuales se ha destinado su uso, por lo tanto, tiene un alto potencial para ser utilizado en una amplia gama de industrias, entre ellas la frutícola y alimentaria.
Con respecto a la industria frutícola nacional, Chile exportó 2.706.256 toneladas de fruta durante la temporada 2012-2013, correspondiente a MUS$4.411. De este volumen de exportación, aproximadamente un 3 a 5% (83.700 a 142.435 toneladas) equivalentes a MUS$ 136 a 232, respectivamente, se deterioró producto de la oxidación y posterior ataque de hongos y bacterias post-cosecha. Las propiedades bioactivas de las macroalgas adicionadas al papel desarrollado, permitirá una reducción significativa de esta pérdida, manteniendo la calidad y durabilidad de la fruta exportada.
Actualmente el proyecto ha logrado identificar y seleccionar especies de macroalgas con propiedades antioxidantes y antimicrobianas, definiendo formulaciones para las mezclas con la fibra secundaria. También se ha determinado el efecto que produce la adición de diferentes macroalgas sobre las propiedades físico-mecánicas y se ha evaluado las propiedades bioactivas del papel desarrollado.
Figura 1. Cultivo de macroalgas verdes para biomateriales obtenidos desde esporas en laboratorio.
En el marco de este proyecto se ha explorado la capacidad antioxidante (CA) desde Ulva sp., Lessonia sp., Macrocystis pyrifera, Durvillaea antarctica y Gracilaria chilensis, recolectadas en diversas localidades costeras de la Región del Biobío. Se realizaron extracciones tipo batch por 4h. empleando polvo de algas 212-500 μm en proporción 1:20 con diferentes solventes (agua, metanol, etanol, y n-hexano); y mezclas de solventes (etanol:agua, metanol:agua y acetona:agua). Para determinar la CA se utilizó el ensayo de decoloración del radical ABTS*+(Re et al 1999) expresado en TEAC. Adicionalmente, se determinó el contenido de polifenoles totales expresado en PGE mediante la técnica de Folin-Ciocalteu (Jerez et al 2007). Con la excepción de G. chilensis, todas especies de macroalgas estudiadas presentaron la mayor capacidad antioxidante en los extractos acuosos. Además se observó que los extractos obtenidos con n-hexano, la CA detectada es estadísticamente inferior a los otros solventes utilizados que poseen una mayor polaridad. Sin embargo, mezclas de solventes polares incrementan la extracción de compuestos con actividad antioxidante y el contenido de polifenoles totales con respecto a los extractos acuosos. La CA fue detectada en todas las macroalgas estudiadas siendo mayor en las algas pardas, esto debido a su alto contenido en polifenoles totales revelando una relación directa entre ambas variables. Esta propiedad bioactiva demostrada constituye una potencial herramienta para su uso en los papeles bioactivos (San Martin et al. 2014).
Figura 2. Papeles desarrollados a partir de fibra secundaria y diferentes algas presentes en la región del Biobío.
En relación a la capacidad antibacteriana se han realizado extensos estudios para examinar los antibióticos derivados de productos naturales, entre ellos macroalgas. Con miras a la identificación de nuevos compuestos con eficacia en el tratamiento de infecciones bacterianas, se evaluaron especies de macroalgas de la región del Biobío tales como Ulva sp., Lessonia sp., Macrocystis pyrifera, Durvillaea antarctica y Gracilaria chilensis. Los extractos se obtuvieron mediante extracción batch en agua, etanol, acetona, acetato de etilo, diclorometano y n-hexano. Los ensayos de bioactividad fueron realizados mediante el test de disco de difusión y por bioautografías. Adicionalmente, los extractos de Ulva sp. y M. pyrifera fueron analizados por GC-MS para su caracterización química. Se utilizaron tres bacterias Gram (-): Escherichia coli K12, Pseudomonas aeruginosa PA01, Pseudomonas psyringae (fitopatógena) y una Gram (+) Streptococcus pyogenes DC300. En discos de difusión, la bacteria E.coli K12 presentó inhibición para los extractos de Ulva sp., G. chilensis y M. pyrifera. La cepa de P. aeruginosa PA01 solo presentó inhibición para extractos obtenidos de G. chilensis en los solventes agua:metanol y hexano. Por bioautografía la actividad en extractos de Ulva sp., fue mayor que la exhibida en M. pyrifera. En todos los extractos de Ulva sp., se caracterizó la molécula antibacteriana de Fitol (3,7,11,15-tetrametil-2-hexadenen1-ol). En extractos de acetato de etilo y diclorometano de Ulva sp. y M. pyrifera se detectó la presencia de la molécula antibacteriana 6-metil-2-fenilquinolina. Estos positivos resultados permitirán incorporar estas propiedades en los papeles bioactivos para un control efectivo de infecciones post-cosecha en frutas de exportación (Troncoso et al. 2014).
La ejecución de este innovador proyecto permitirá utilizar las tecnologías productivas existentes de la industria del papel y dar origen a productos mejorados, tales como papel, bandejas y cajas con propiedades bioactivas (antioxidantes-antimicrobianos) para embalaje y conservación de frutas de exportación. Además, pretende generar un capital humano altamente especializado en este tópico tecnológico con gran potencial para la industria papelera y frutícola, contribuyendo en paralelo al desarrollo socioeconómico de los algueros artesanales e industriales del país.
Algas: Nicho Científico, Tecnológico y Comercial para un Futuro Sustentable.
Aun cuando se discute ampliamente la cantidad de especies algales presentes en Chile, es bien conocido que su uso comercial se focaliza en 16 especies, de las cuales 8 presentan una actividad regular en el tiempo, solo una se cultiva industrialmente y ninguna presenta valor agregado dado a que su aplicación está limitada principalmente a la extracción de hidrocoloides (agar, colagar, carregina y alginato) y exportación de biomasa para consumo humano. Actualmente los desembarcos y exportaciones de algas solo confirman a nuestro país como proveedor de commodities con un bajo nivel de innovación. Esta situación es producto de la baja transferencia de tecnologías al sector productivo, desinterés o desconocimiento por la innovación y una baja cantidad de proyectos de investigación aplicada que potencie la búsqueda de nuevos productos algales. Ante este escenario el Grupo Interdisciplinario de Biotecnología Marina (GIBMAR) de la Universidad de Concepción tiene por misión establecer una plataforma integrada de investigación, desarrollo e innovación para generar nuevos productos, contribuyendo a la diversificación del mercado de las algas y entregando valor agregado tanto para el marcado nacional como internacional. En este esfuerzo por generar una transferencia tecnológica hacia el sector empresarial, GIBMAR ejecuta en conjunto con empresas asociadas diversos proyectos financiados por Conicyt-Fondef y Corfo-Innova Chile con impacto en distintas áreas comerciales. De esta manera GIBMAR pretende fortalecer la relación universidad-empresa y potenciar la innovación en el sector alguero del país (Agurto et al. 2014).
Literatura Citada
Agurto C., 2014. Algas: Nicho Científico, tecnológico y comercial para un futuro sustentable. Libro de resúmenes IX Congreso Nacional de Micro y Macroalgas. Viña del Mar.
Jerez, M.; Selga, A.; Sineiro, J.; Torres, J.; Núñez, M. (2007). A comparison between bark extracts from PinusPinaster and Pinusradiata: Antioxidant activity and procyanidin composition. Food Chem100(2): 439-444.
Re R, Pellegrini N, Proteggente A, Pannala A, Yang M, Rice Evans C (1999). “Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay”. Free Rad BiolMed 26:1231–1237.
San Martín S, L. Castillo P, A. Olivares M, R. Saavedra C, N. Troncoso L & C. Agurto. 2014. Capacidad antioxidante en macroalgas presentes en la Región del Biobío. Libro de resúmenes IX Congreso Nacional de Micro y Macroalgas. Viña del Mar.
Troncoso N, R. Saavedra C, A. Olivares M, S. San Martín P, H. Urrutia B & C. Agurto. 2014. Capacidad antibacteriana en macroalgas presentes en la Región del Biobío para su aplicación en biomateriales. Libro de resúmenes IX Congreso Nacional de Micro y Macroalgas. Viña del Mar.