AGROBIOTEX – Aplicación de técnicas biotecnologías y de microencapsulación para la funcionalización de agrotextiles

I + D / Nuevos Materiales y Sostenibilidad. Revalorización de residuos, no tejidos y composites

AGROBIOTEX – Aplicación de técnicas biotecnologías y de microencapsulación para la funcionalización de agrotextiles

Fecha: 2014

Entidad: IVACE

Estado: Finalizado

1. MOTIVACIONES POR LAS QUE SE REALIZA EL PROYECTO:  

AGROBIOTEX es un Proyecto de Investigación cuyos objetivos asociados están centrados en el aprovechamiento de recursos naturales, básicamente plantas, para obtener productos técnicos de interés a priori en el sector agrícola, pero también en otros sectores de gran influencia en la economía de la Comunidad.

Las especies vegetales proporcionan oxígeno, alimentos, combustibles y fibras. Los científicos estudian las plantas por muchos motivos, entre ellos, para mejorar y asegurar el suministro de alimentos para la creciente población mundial, identificar nuevas fuentes de compuestos activos y medicinas, mejorar la producción de fibras e identificar fuentes de biocombustibles y recursos renovables. 

En la Comunidad Valencia existe, por una parte, una cobertura vegetal de bosque mediterráneo con especies vegetales autóctonas de gran interés, y por otra, una gran tradición en cultivos como demuestran las más de 6 millones de toneladas producidas en 2012.

Esta cobertura vegetal y la producción agrícola generan residuos que pueden ser aprovechados para desarrollar productos de interés, mediante la aplicación de técnicas biotecnológicas y de revalorización de residuos, de forma que se preserve el medio natural.

Para ello, el Proyecto se ha dividido en tres grandes bloques:

  1. El primero de ellos, está relacionado con la identificación de las especies vegetales, residuos agrícolas y demás partes vegetales de interés, así como de su caracterización física, química y funcional.
  2. El segundo de ellos, se centra en el estudio de técnicas para procesar estos materiales y obtener productos de interés.
  3. El tercer y último bloque, se trata de estudiar la aplicación de estos productos en los diferentes ámbitos, prestando especial atención al mantenimiento del medio ambiente.

Cabe destacar que la ejecución del proyecto se ha planteado en dos anualidades dado que se trata de un proyecto con una importante carga científica  que pretende aunar sinergia entre dos sectores de gran importancia en la comunidad, como es el sector primario y el secundario.

Por último, AGROBIOTEX pretende aumentar la competitividad tanto del sector agrario como el industrial de la Comunidad, además de mantener la componente medioambiental y natural durante todo el desarrollo.

 2. OBJETIVOS:  

El objetivo general del presente proyecto es el aprovechamiento de especies vegetales y de residuos obtenidos a partir de estas para el desarrollo de productos de elevado interés principalmente en el sector agrario, involucrando para ello sectores industriales como el textil o el químico. Se hará uso en el proyecto de tecnologías con el mínimo impacto ambiental, manteniendo así la componente natural del proyecto.

Para llevar a cabo el objetivo general del Proyecto es necesario aunar conocimientos procedentes de disciplinas muy diferentes como son la agricultura, la química, la biotecnología y el textil.

 3. RESULTADOS OBTENIDOS:  

La primera anualidad del proyecto ha realizado una identificación de las principales especies de la Comunidad obteniendo microcápsulas por distintos procesos de encapsulación empleando principios activos de algunas de las especies vegetales identificadas (romero, salvia y orégano).

Su selección se ha basado en el estudio del estado del arte realizado que ha permitido conocer sus propiedades bactericidas y fungicidas, entre otras. Los análisis bacteriostáticos realizados a los aceites determinan un 99,99 % de reducción de las bacterias y hongos analizados (Salmonella, E.Coli, Rhizomus y Penicilliumen). Los ensayos bactericidas y fungicidas de las microcápsulas y de los prototipos de agrotextiles se llevarán a cabo en la segunda anualidad. 

Los aceites esenciales se han encapsulado mediante tres técnicas: polimerización interfacial y secado por pulverización para los aceites esenciales de orégano y salvia y co-extrusión gelificación externa para la encapsulación del aceite de romero. Se han optimizado las variables del proceso y componentes de las emulsiones, a fin de obtener las máximas eficiencias de encapsulación además de una morfología y tamaño aptos  para su aplicación. 

Para la caracterización de las microcápsulas se han utilizado técnicas instrumentales como la microscopía electrónica de barrido (SEM) y lupa estereoscópica para determinar la morfología, y el Mastersizer E3000 y Coulter Counter serie Z2 para conocer la distribución de tamaños. 

La síntesis de microcápsulas mediante polimerización interfacial se basa en la reacción de dos monómeros en la interfase formada entre una fase acuosa y una fase oleosa, por la cual se obtiene la membrana polimérica de la microcápsula que envuelve o protege el principio activo. Se han realizado distintas pruebas con diferentes monómeros obteniendo polímeros de distintas tipologías, como poliuretano, melanina-formol, poliamida y poliurea. 

Después de realizar distintos ensayos el monómero escogido por sus resultados, tanto para la salvia como para el orégano, es la poliurea. Las condiciones experimentales han sido, tiempo de polimerización de 190min, y  temperaturas de 70ºC para la salvia y 30ºC para el orégano.

En el secado por pulverización, proceso físico, ambos aceites (orégano y salvia) se han encapsulado empleando como material encapsulante goma arábiga y bajo las mismas condiciones: temperatura de entrada 160ºC, 4,5cm de flujo de aire, 75% de aspiración y 20% de caudal de bomba. Estas condiciones han permitido obtener microcápsulas con formas esféricas sin presencia de cráteres y cavidades en sus membranas, evitando con ello un desprendimiento prematuro del principio activo, y con tamaños de alrededor de 1-50µm. 

Las microcápsulas obtenidas por co-extrusión y gelificación externa, de aceite esencial de romero, se han optimizado con las siguientes condiciones: frecuencia de 400Hz, potencial 250V, boquilla externa de 0,4mm y una interna de 0,2mm. La concentración optimizada de alginato utilizado como material encapsulante ha sido de un 4%. 

Las microcápsulas obtenidas por polimerización interfacial han sido aplicadas a tejidos de algodón blanqueado. El proceso de aplicación utilizado ha sido el de recubrimiento, escogido  porque la estructura de los prototipos de agrotextiles que se pretenden utilizar, puede verse afectada por procesos como la impregnación o el agotamiento.

En la segunda anualidad se emplearán otros procesos como el esprayado o el tamizado de las microcápsulas directamente sobre resina autorreticulante; además de optimizar el proceso de aplicación por recubrimiento de las microcápsulas obtenidas por Spray Drying y co-extrusión.

En las pastas de recubrimiento se han utilizado productos naturales como goma arábiga, alginato, carboximetilcelulosa y quitosano. Se han definido una serie de recetas para optimizar las concentraciones de los productos, compuestas por las microcápsulas, los productos anteriormente citados, productos auxiliares y resinas que permitan anclar las microcápsulas a los prototipos, a fin de conseguir la mayor deposición, permanencia de las mismas y una liberación prolongada y gradual de los principios activos.

Para anclar las microcápsulas a los agrotextiles se decidió utilizar resinas autorreticulantes de forma que éstas polimericen a temperatura ambiente. El objetivo es que las resinas no impidan el desprendimiento gradual de los principios activos.

Una vez determinadas las concentraciones óptimas de las pastas, éstas se aplicarán en la segunda anualidad del proyecto a los agrotextiles, una vez aplicadas se determinará la eficiencia del proceso mediante el análisis del spray-test.

Este proyecto cuenta con el apoyo de la Conselleria d’Economia, Indústria, Turisme i Ocupació, a través del IVACE, y está cofinaciado por los fondos FEDER de la Unión Europea. 

EXPEDIENTE: IMAMCI/2014/1

IMPORTE: 95.444,50 €

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