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Nuevos materiales

Del campo a la mesa

La nanotecnología es utilizada para producir películas comestibles y fertilizantes

EDUARDO CESARLas frutas, las plantas y los residuos de la agricultura, trabajados a escala nanométrica, han exhibido un enorme potencial para su utilización en películas comestibles destinadas la protección de vegetales, plásticos reforzados y biodegradables, fertilizantes e incluso en la degradación de pesticidas. El universo que se le abre a la nanotecnología aplicada a la alimentación y la agricultura es muy vasto. En Brasil, grupos de investigación han obtenido resultados bastante prometedores, algunos de aplicación inmediata, como un biofilm de nanopartículas de plata -estructuras de un diámetro de entre 10 y 40 nanómetros- sintetizadas a partir del extracto de una planta regional india (Ocimum sanctum) y nitrato de plata, desarrollado en el Instituto de Química de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) en colaboración con investigadores de la Universidad Amravati, de la India. La mezcla del polímero extraído de un vegetal y de las nanopartículas de plata resulta en una solución en la cual se sumerge a las frutas que deben ser protegidas para prolongar su tiempo en las góndolas.

Luego de la inmersión en el líquido, quedan recubiertas por un delgado film, que funciona como una barrera de protección al reducir la cantidad de oxígeno que entra y la de dióxido de carbono que sale, lo que evita la pérdida de agua. Cuando se lava la fruta con agua corriente, se elimina completamente el biofilm. “Es una plataforma excelente para la protección de frutas y vegetales transportados por largos períodos en climas tropicales, como los de la India y Brasil”, dice el profesor Nelson Durán, de la Unicamp, coordinador de la investigación, que en Brasil contó con la colaboración del Centro de Ciencias Naturales y Humanas de la Universidad Federal del ABC, con sede en la localidad paulista de Santo André.

El biofilm fue probado en algunas frutas, entre ellas la guayaba. Entre los apartados evaluados se encontraban la pérdida de peso, la pérdida de proteínas y la infección bacteriana. “La fruta protegida no perdió casi nada de peso ni de proteínas y no sufrió infecciones durante los 15 días que duró el estudio”, dice Durán. Maduró, pero no se pudrió. Conocidas por sus propiedades bactericidas, las nanopartículas de plata utilizadas en la composición del biofilm se obtuvieron mediante síntesis biológica, en tanto que las comerciales son químicas u obtenidas mediante procesos físicos. “El biopolímero empleado es comestible y no tóxico, y fue aprobado por la Food and Drug Administration, el órgano gubernamental estadounidense de regulación de alimentos y medicamentos, y por la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria (Anvisa)”, dice Durán.

Las nanopartículas de plata biogénicas fueron sometidas también a pruebas tanto con relación a la citotoxicidad in vitro y a la toxicidad in vivo, en ensayos con animales, como en relación a la penetrabilidad en tejidos humanos. “En las concentraciones empleadas no penetran en la piel y no son tóxicas”. La investigación en colaboración con investigadores indios forma parte de una colaboración binacional aprobada en 2008 y que tuvo inicio en 2009, como parte de un proyecto financiado por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) y que abarcó investigaciones con nanopartículas de plata generadas por hongos, bacterias y plantas.

Investigadores de la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa) también trabajan en el desarrollo de películas de revestimiento basadas en frutas tropicales, residuos del procesamiento del algodón y del coco, quitosana y otras materias primas. Una de las películas desarrolladas por la investigadora Henriette Azeredo, de Embrapa Agroindustria Tropical, de la ciudad Fortaleza, capital del estado Ceará, tiene como base la pulpa de mango, con el agregado de nanofibras de celulosa extraídas de la fibra del algodón. “El componente más resistente de la fibra vegetal y de la propia madera es la celulosa”, dice el investigador Luiz Henrique Mattoso, jefe general de Embrapa Instrumentación Agropecuaria, de la ciudad de São Carlos, interior paulista. En el estudio, Henriette probó con el agregado de nanofibras de celulosa en diversas concentraciones, con un máximo de un 36%, para evaluar el comportamiento de las películas. “Con alrededor del 10%, los resultados fueron muy buenos”, dice la investigadora, quien realizó dicha investigación durante su podoctorado en el Departamento de Agricultura de Estados Unidos, concluido en 2008, como parte de un convenio con Embrapa. Las películas de pulpa de mango que recibieron el agregado de nanofibras exhibieron una mayor resistencia mecánica, mejor barrera a la humedad y mejor estabilidad térmica. “Esta tecnología no puede aplicarse todavía porque no se conocen los posibles efectos adversos que las nanofibras pueden tener sobre el organismo humano, aunque sean de celulosa”, dice. Por eso otro proyecto, llevado adelante por la investigadora Morsyleide Rosa, también de Embrapa Agroindustria Tropical, tiene por objeto efectuar el análisis toxicológico del nuevo material.

La reglamentación del uso de la agronanotecnología es una discusión que se viene llevando a cabo desde hace algunos años en diversos países del mundo. En Europa, por ejemplo, se han realizadas cinco conferencias para tratar el tema. La última fue en noviembre de 2009. Durante la Conferencia Internacional para la Aplicación de las Nanotecnologías en la Alimentación y la Agricultura, realizada en junio en São Pedro, interior paulista, el investigador Steven Robert, del Instituto para la Política Agrícola y Comercial de Estados Unidos, destacó tres abordajes que deben contemplarse en la cuestión de la regulación del uso de la agronanotecnología. El primero depende de la orientación voluntaria del gobierno y de la presentación voluntaria de datos de productos derivados de la nanotecnología para la reglamentación de las agencias, el segundo se refiere al control obligatorio de los productos desarrollados por la industria por parte de los órganos reguladores, y el tercero, más radical, plantea la suspensión y la no aprobación de comercialización de los productos hasta que se tengan datos lo suficientemente revisados como para realizar las evaluaciones de riesgos necesarias para contar con un marco regulatorio apropiado.

TINA WILLIAMS / DEPARTAMENTO DE AGRICULTURA DOS ESTADOS UNIDOSMorsyleide trabaja también con residuos de industrias regionales -como la del coco verde y la del algodón- para la obtención de nanofibras de celulosa de diversas fuentes. “Otra materia prima interesante para la obtención de nanocelulosa es la torta que sobra del prensado de la palma para la obtención del biocombustible de palma”, dice. El pseudotallo del plátano, que tiene un alto tenor de celulosa, también exhibió resultados bastante prometedores para la producción de películas nanocompuestas que pueden emplearse en embalajes y en otras aplicaciones. Una de las líneas de investigación es coordinada por el investigador José Manoel Marconcini, de Embrapa Instrumentación Agropecuaria, que mezcla plásticos con fibras vegetales o con nanosílices extraídos de la cáscara del arroz para aumentar la resistencia mecánica de los plásticos, tanto los convencionales como los reciclados. Resultados preliminares apuntan que estos materiales nanoestructurados alteran las propiedades ópticas y mejoran las propiedades mecánicas de los materiales. “En el caso de la celulosa, la región cristalina exhibe una resistencia mecánica y una elasticidad similares a las fibras de Kevlar, un material más fuerte que el acero”, dice Marconcini. “Es una tecnología que el mundo entero quiere dominar”. Canadá picó en punta. En julio, la empresa canadiense Domtar y el instituto de investigaciones FPInnovations presentaron un proyecto destinado construir una fábrica exclusiva para la producción de celulosa nanocristalina, con previsión de producción de una tonelada diaria.

Marconcini también trabaja con plásticos biodegradables reforzados con fibras de nanocelulosa que pueden emplearse en los tubos usados en la producción de plantines, en películas para la protección de plantaciones o incluso para repeler insectos en cultivos, mediante el uso de feromonas. Para esta aplicación, basta con atar una cinta de un plástico biodegradable en la plantación para que la misma libere las sustancias deseadas en el ambiente. En la Universidad de Marburg, Alemania, por ejemplo, investigadores están probando en campo un prototipo elaborado con hilos nanométricos a base de plásticos biodegradables. Estos hilos se fabricaron mediante un proceso conocido como electrohilado, basado en la aplicación de una corriente eléctrica. El prototipo, que es parecido a una tela de araña en miniatura, al ser dispuesto en el suelo libera los principios activos seleccionados y con el tiempo se deshace.

Desde 2006, Embrapa coordina la Red de Nanotecnología Aplicada al Agronegocio, que tiene su sede en la unidad de São Carlos y cuenta con la participación de 150 investigadores de 53 instituciones, 14 de ellas vinculados a centros de investigación y 39 a universidades. El año pasado fue lanzado el Laboratorio Nacional de Nanotecnología para el Agronegocio, una inversión de más de 10 millones de reales, con recursos de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) y la FAPESP. Las líneas de investigación abarcan nanobiosensores y sensores electroquímicos para el monitoreo de procesos y productos agropecuarios, nanopelículas comestibles y la producción de fertilizantes, pesticidas y fármacos para animales. Investigadores de Embrapa Ganadería de Corte, de Campo Grande (Mato Grosso do Sul), y de Instrumentación Agropecuaria, en colaboración con la Universidad de São Paulo con sede en la ciudad de São Carlos, trabajan en nanobiossensores destinados a la detección de patógenos en animales, tales como fiebre aftosa y otros virus que ocasionan grandes perjuicios a los productores.

Otra nanotecnología destinada a la aplicación directa en el campo es la de fertilizantes encapsulados en ceolitas, un grupo de minerales que posee cavidades nanométricas en su estructura porosa. “Cuando el fertilizante es puesto en el suelo, la liberación se hace gradualmente”, dice Marconcini. El objetivo del proyecto, coordinado por el investigador Alberto Bernardi, de Embrapa Ganadería Sudeste, de São Carlos, es mejorar la dispersión y la absorción de nutrientes por parte de las plantas. Una nueva frontera de investigación es el uso de nanocompósitos a base de estos materiales para la liberación controlada de fertilizantes, un proyecto coordinado por el investigador Cauê Ribeiro, de Embrapa Instrumentación Agropecuaria, en colaboración con Ganadería Sudeste. “Aún no existe un producto en el mercado destinado a la fertilización tanto del suelo como de las hojas”, dice Marconcini. En el área de abonos foliares, la tendencia apunta hacia las nanoemulsiones. “Como el tamaño de la gota es menor, se utiliza una menor cantidad del principio activo”, informa Mattoso.

Las mismas nanoestructuras se utilizan en pesticidas que se encuentran actualmente en el mercado. “Una botellita de un litro reemplaza a un tambor de 20 litros de veneno”, compara Marconcini. La nanotecnología también ha sido utilizada para la degradación de pesticidas convencionales. Una de las tecnologías en estudio en Embrapa es el uso de catalizadores elaborados a base de óxidos de titanio y estaño en tamaño nanométrico, junto con la luz ultravioleta, para romper más rápido las moléculas de los pesticidas presentes en el agua.

Artículos científicos
DURÁN, N.; MARCATO, P.D. et al. Potential use of silver nanoparticles on pathogenic bacteria, their toxicity and posible mechanisms of action. Journal of the Brazilian Chemical Society. v. 21, p. 949-59. 2010.
AZEREDO, H.M.C; MATTOSO, L.H.C. et al. Nanocomposite edible films from mango puree reinforced with cellulose nanofibers. Journal of Food Science. v. 74, n.5, p. 31-35. 2009.

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