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Semillas más productivas

La resonancia magnética mide la proporción y la calidad de las oleaginosas destinadas a la producción de biodiesel

Una nueva tecnología desarrollada en los laboratorios de la estatal Embrapa Instrumentación Agropecuaria, con sede en la localidad paulista de São Carlos, en el interior paulista, deberá fortalecer la posición de Brasil en la producción mundial de biocombustibles. Investigadores de la entidad crearon un aparato de resonancia magnética nuclear para medidas ultrarrápidas de la cantidad y de la calidad de aceites vegetales presentes en semillas de soja, ricino, corojo, girasol, maní y algodón, entre otras oleaginosas, plantas que han sido usadas o son candidatas para la fabricación de biodiesel. El equipamiento tiene potencial para analizar la proporción de aceite en más de 10 mil semillas por hora, mientras que los métodos químicos convencionales más rápidos existentes en el mercado realizan solamente 60 análisis en el mismo período de tiempo. La medida de la calidad del aceite es de 300 muestras por hora, pero, aún así, es decenas de veces más rápida que las técnicas disponibles actualmente.

La velocidad en la realización de los análisis es importante pues permite seleccionar con más agilidad variedades de plantas comerciales y silvestres, como el piñón manso, la “macaúba”, el “pequi” y el “tucumá”, otras candidatas al biodiesel, con alta productividad y, así acelerar los programas de mejoramiento genético de los cultivos involucrados en la producción de biocombustibles. “Para que los programas de selección de nuevas plantas sean rápidos, son necesarias decenas de millares de análisis de la proporción de aceite de semillas por año. Y los métodos de análisis de aceite hoy no atienden a ese requisito”, explica el bioquímico Luiz Alberto Colnago, que coordinó las investigaciones. Según el investigador de la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa), aunque el Brasil, por su pionerismo, esté en una posición relativamente ventajosa en el mercado mundial de biocombustibles, es necesario aumentar la productividad de las labranzas destinadas a la producción de biodiesel para que la demanda futura sea suplida sin riesgo de provocar escasez del producto. “Hoy, solamente el corojo tiene alta productividad, de cerca de 5 toneladas por hectárea por año. La soja y la mayoría de los otros cultivos comerciales están en torno de 1 tonelada por hectárea por año. Eso significa que la energía producida es solamente un poco mayor que la energía gastada para su producción”, dice él.

Además de la rapidez, la nueva técnica de resonancia magnética presenta otra importante ventaja. Al contrario de los métodos tradicionales, en que es necesario secar y moler las semillas que van a ser analizadas, provocando su destrucción, la tecnología de resonancia magnética mantiene la muestra intacta. “Con nuestra técnica, la misma semilla analizada puede ser rápidamente plantada”, dice el investigador de la Embrapa. En técnicas convencionales, la extracción del aceite emplea un solvente del petróleo, que agrede el ambiente. Por ese método, es necesario extraer el aceite por 24 horas, hacer la evaporación del solvente y, posteriormente, pesar cuánto líquido se extrajo. “Este método genera residuos químicos que necesitan ser tratados.”

El artefacto creado en Embrapa Instrumentación Agropecuaria funciona de forma semejante a un aparato de resonancia magnética nuclear usado para fines médicos en clínicas y hospitales del país. Las semillas se ponen de forma secuencial, una detrás de la otra, en una cinta que pasa por dentro de un imán, cuya función es magnetizar la muestra. Junto con el imán hay un pequeño sensor. Cuando la semilla llega al sensor, es excitada con ondas de radio en una frecuencia fija de 85 megahertz durante solamente 10 microsegundos.

“Al final de la irradiación, la semilla pasa a emitir nuevo una señal en la misma frecuencia. La intensidad de esa señal es proporcional al contenido de aceite presente en ella. Cuanto más fuerte, más aceite posee la semilla”, explica Colnago. En tanto, la medida de la calidad es dada por el tiempo que la señal reflejada por la semilla lleva para desaparecer. Cuanto más rápido la señal desaparezca, mayor será la viscosidad del aceite. La viscosidad es uno de los parámetros de calidad de aceites vegetales está directamente asociada la composición química y a su número de cetano. Este número, a su vez, es un indicador de la calidad de ignición del diesel, similar al octano para motores a gasolina. Para Colnago, mejorar la calidad de los aceites vegetales producidos en el país es fundamental porque algunos aún no atienden a las especificaciones de las normas internacionales. “Los aceites de soja, girasol y algodón, entre otros, tienen una alta concentración de ácidos grasos poliinsaturados, que son indeseables para uso como combustible, pues tienen baja estabilidad química y bajo número de cetano”, dice el investigador.

Módulos comerciales – El aparato de resonancia recibió financiamiento de la FAPESP y de la Financiera de Estudios y Proyectos (Finep) y contó también con la participación de investigadores del Departamento de Física de la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE), del Instituto de Química de São Carlos de la Universidad de São Paulo (USP) y de Embrapa Suelos, de Río de Janeiro. Colnago explica que el aparato no fue totalmente desarrollado por su equipo. “Hicimos el montaje con módulos comerciales y construimos solamente las partes que no están disponibles en el mercado mundial. Usamos un imán de un tomógrafo de resonancia magnética y la parte electrónica de un transmisor y receptor de un aparato convencional. En tanto, los sistemas de movimiento de las muestras ‘las cintas’ y las bobinas donde se ponen las muestras dentro del imán  fueron construidos por nosotros”, dice Colnago.

“Lo más importante en ese trabajo fue el desarrollo de las nuevas metodologías de análisis por resonancia magnética nuclear tanto para la medida de la cantidad cuanto de la calidad del aceite directamente en las semillas. Esos procedimientos rápidos es que son inéditos”. Esas metodologías comenzaron a ser desarrolladas en 1998 y fueron tema de dos tesinas de maestría y dos tesis doctorales orientadas por el propio investigador en el Instituto de Química de São Carlos de la USP. La investigación también rindió la publicación de artículos científicos en las revistas Analytical Chemistry y Analytica Chimica Acta, respectivamente, en febrero y julio de este año.

Dentro de seis meses a un año, Colnago espera tener un prototipo del aparato en una versión más amigable y de menor costo. El aparato actual podría costar  500 mil dólares porque utiliza un imán de tomógrafo que es muy grande y caro. El bioquímico de Embrapa cree que si se lo sustituyer por un imán pequeño ese valor caerá cerca de 20 veces y el costo del aparato deberá quedar en el rango  de los 70 mil dólares – excluyéndose los valores de impuestos y margen de utilidad del fabricante. La empresa Gil Equipamientos Industriales, de la ciudad de Ribeirão Preto, que  adquirió otra tecnología de resonancia magnética desarrollada por el grupo de Embrapa hace diez años, ha demostrado interés en la producción comercial del equipamiento. “Aunque deba salir mercado costando el doble que los métodos tradicionales, va a ofrecer una productividad -el número de análisis por tiempo- mucho mayor. Y ése será su gran diferencial”, cuenta Colnago.

Los Proyectos
1. Desarrollo de instrumentación y aplicaciones de RMN en el análisis de    alimentos
2.  Desarrollo de tecnologías ultra rápidas de RMN para la determinación de la cantidad y calidad de aceites vegetales en semillas intactas
3. Evaluación online de la calidad de productos agroindustriales por RMN
Modalidad
1 y 2. Línea Regular de Auxilio a la Investigación
3. Red Brasil de Tecnología
Coordinador
Luiz Alberto Colnago – Embrapa
Inversión
1.  36.750,00 reales y 33.000,00 dólares (FAPESP)
2. 115.500,00 reales (FAPESP)
3. 270.000,00 reales (Finep)

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