Con modelo matemático, investigadores producen ácido láctico a partir de residuos agroindustriales
El ácido láctico es un líquido incoloro y viscoso, resultado de la fermentación bacteriana del azúcar, almidón de maíz o del suero lácteo. Por su versatilidad y sus aplicaciones en la industria química, farmacéutica, alimenticia y del plástico es considerado un ingrediente de gran relevancia.
Trabajos como los de los doctores Martín Rogelio Cruz Díaz, Ana María Sixto Berrocal, Susana Patricia Miranda Castro académicos de la FES Cuautitlán, y la doctora María Aurora Martínez Trujillo, académica del Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec (TESE), se enfocan en encontrar nuevas y efectivas técnicas de fermentación para la obtención de ácidos orgánicos (ácido láctico) y biopolímeros (poliláctico o quitina/quitosano), a partir de residuos agroindustriales y pesqueros, respectivamente.
Actualmente, casi el 90% de este compuesto químico se produce por fermentación. Durante este proceso, el sustrato tiene una contribución económica, por lo cual usar dichos residuos industriales es una alternativa sostenible y asequible.
De acuerdo con el doctor Martín Cruz, muchos de estos desechos se convierten en un problema ambiental, al generar altas emisiones de dióxido de carbono mientras se descomponen, contaminando cuerpos de agua y desprendiendo olores fétidos, que ocasionan la proliferación de ratas e insectos.
Un modelo matemático para obtener ácido láctico
Uno de los últimos proyectos realizados bajo la supervisión de este equipo de trabajo fue el desarrollado por los ingenieros Mitzi Adriana Galindo López y Luis David González García, egresados de la carrera de Ingeniería Química en la Facultad, quienes realizaron un estudio experimental y un modelo matemático para producir ácido láctico, en un biorreactor.
El universitario explicó que comienzan tomando microorganismos (hongos o bacterias) de la naturaleza, los cuales pueden encontrarse en estos residuos, como la madera, las cáscaras de fruta (mango o plátano), así como el bagazo de la caña, entre otras opciones.
Posteriormente, los observan y llevan al laboratorio, para igualar sus condiciones ambientales con el objetivo de cultivarlos y reproducirlos. Emplean hongos filamentosos y bacterias ácido lácticas (lactobacillus delbrueckii), ya que tienen la capacidad de generar enzimas que rompen la proteína y producen azúcares fermentables.
Una vez obtenido el medio de cultivo se introduce en el biorreactor de tres litros, para iniciar la separación de la biomasa del caldo de fermentación. Para lograrlo, se toma en cuenta la agitación, la temperatura, el tiempo, la curva de crecimiento y se van recolectando muestras a fin de analizar su composición.
Basados en la cuantificación experimental de los componentes, los investigadores desarrollaron un modelo matemático que busca predecir el comportamiento de la fermentación bajo diversas condiciones. La experimentación elaborada dio como resultado las tasas de reacción en función del tiempo de fermentación.
Se realizaron tres pruebas para obtener las cifras finales que indican que un flujo bajo, (2.5 a 3.5 ml/min) con una concentración de sustrato de 7 g/l, corresponde a las mejores condiciones de operación, en un menor tiempo. Estas características también previenen la acumulación excesiva de glucosa. La producción de ácido láctico de 22g/L en un tiempo de 25 horas.
El primer paso para grandes soluciones ambientales e industriales
De acuerdo con las estimaciones de la consultora global Fortune Bussiness Insights, en 2023, el ácido láctico se valoró por encima de los 7 mil millones de dólares en el mercado mundial y se espera que crezca hasta los 31 mil millones para 2032, ya que las bacterias de este compuesto han ganado terreno entre los grupos de bacterias clave, por sus altos beneficios para la salud de plantas, animales y seres vivos.
En entrevista, el doctor Martín Cruz señaló que, en 2022, México se posicionó como el importador número 11 de este ácido. Por esta razón, resulta valioso dedicar esfuerzos para obtenerlo y aprovecharlo.
Sumado a lo anterior, actualmente la industria de alimentos produce toneladas de desperdicios orgánicos que se convierten en agentes altamente contaminantes, por lo que la utilización de estos residuos agroindustriales es indispensable para reducir el impacto ambiental.
Según las estimaciones de la Organización de las Naciones Unidas (ONU), los residuos sólidos para el 2025 alcanzarán hasta los 100 mil millones de toneladas, y al menos el 33% de estos no son tratados, a pesar de que un aprovechamiento adecuado tendría un impacto positivo en la productividad agrícola y la fertilidad del suelo.
En este sentido, la propuesta de los investigadores, financiada por el proyecto Conahcyt CBF 2023-2024-741, se convierte en una solución efectiva para reducir la contaminación y de gran impacto industrial, porque promueve la implementación de procesos fermentativos económicos y sostenibles.
Entre sus principales ventajas, este modelo agiliza los procesos para la fermentación de ácido láctico, dejando un amplio conocimiento comprobable sobre técnicas y formas de operación sobre el biorreactor. El objetivo final de este grupo de académicos es alcanzar la producción y recuperación in situ del ácido, es decir, obtenerlo en una sola operación.
María Dolores Elizondo Alvarado