TITULO:

Elaboracin de un plstico biodegradable por los mtodo de Gelatinizacin e Hidrlisis acida; a partir de la cascara de pltanos colectadas en la ciudad de len durante el ao 2015 que contribuir a la reduccin de contaminacin ambiental provocado por el uso excesivo de bolsas plsticas elaboradas con polmeros y aditivos.

Objetivo generalDesarrollar un proceso para utilizar las cascaras de pltanos en la produccin de bioplstico como un sustituyente para el plstico tradicional elaborado con derivados del petrleo. Reduciendo as el impacto ambiental para el planeta y las industrias productoras de dicho material.

Objetivo EspecificoContribuir a la reduccin de contaminacin ambiental provocado por el uso excesivo de bolsas plsticas elaboradas con polmeros y aditivos, a travs de la elaboracin de un plstico biodegradable por los mtodos de Gelatinizacin e Hidrlisis acida; a partir de la cascara de pltanos colectadas en la ciudad de len durante el ao 2015.

Planteamiento del Problema: El plstico tradicional est compuesto por un polmero denominado polietileno, sintetizado a partir del petrleo por la industria petroqumica. (Revista Facultad de Agronoma Venezuela)(1)La difcil biodegradabilidad de los plsticos, han llegado a convertirse en un problema generando daos al planeta desde el proceso de fabricacin por los gases que emiten las petroleras y las diferentes fabricas productoras de este, adems estos al ser base de la mayora de productos de consumo hace que se genere altas cantidades de residuos de difcil degradacin que tardan entre 100-1000 aos en degradarse.Qu es un bioplstico? El bioplstico es un material polmero el cual se fabrica a partir de de recursos renovables de origen natural, como el almidn o la celulosa. Para crear un bioplstico, se buscan estructuras qumicas que permitan la degradacin del material por microorganismos como hongos y bacterias. Los bioplstico pueden degradarse despus de su uso en un periodo de tiempo asumible (entre semanas y meses). (Wikipedia)(2)Por lo cual el inters de este proyecto es generar una ruta alternativa de cambio para el aprovechamiento de desechos orgnicos producidos en la ciudad de Len; por medio de la recoleccin de la cascaras de pltanos y usndola para la obtencin de un plstico biodegradable el cual contribuir a una mejor calidad de vida y del ecosistema.

Antecedentes:En el ao 2008, fue publicado en la semana de divulgacin y video cientfico en Mxico el artculo llamado Extraccin de almidn de pltano cuadrado Se utilizaron frutos inmaduros de pltano cuadrado (Musa balbisiana Colla) obtenidos del municipio de Tenosique, de la cosecha del mes de Junio de 2002, con grado de color uno, con respecto a la cscara (Inibap, 2001) (3); posteriormente se pelaron y se cortaron en cubos de aproximadamente 1cm, se secaron al sol durante 24 h, se moli en un molino manual, se tamizo y se almacen en botes de plstico con capacidad de 4 kg.

El experimento se realiz de acuerdo con un diseo factorial, con cinco rplicas al tratamiento central (Montgomery; 1991) (4), en donde los factores y sus niveles mnimo y mximo, a evaluar fueron: relacin harina/solvente (1:5 y 1:10 p/v), concentracin de bisulfito de sodio (0.1 y 0.3%) y tiempo de extraccin (30 y 60 min). Los datos reportan una variacin en la recuperacin del almidn con respecto a la materia prima de 52.4 al 69.6 %.

Posteriormente en el ao 2011 se realizo en el Departamento de Ingeniera Bioqumica, Escuela de Ingeniera Qumica, Facultad de Ingeniera, Universidad del Zulia la Obtencin y caracterizacin de pectina de la cascara del cambur manzano en el cual La pectina se obtuvo por el mtodo de hidrlisis cida empleando cido ctrico y cido clorhdrico como agentes de extraccin, 60 min de calentamiento a 85C a pH 2,0 y 3,0 para cada agente. Esta se caracteriz en trminos de humedad, cenizas, tiempo de gelificacin, peso equivalente, contenido de metoxilo, viscosidad relativa y contenido de cido anhidrournico (AUA). El mayor rendimiento de pectina, expresado en base seca fue de 16,14%, empleando cido ctrico como agente de extraccin para un pH de 2,0.

Y por ultimo durante el ao 2013 Elif Bilgin, de 16 aos, ha sido premiada con el prestigioso premio norteamericano "Science in Action" (Ciencia en Accin) por desarrollar un innovador mtodo de producir plstico a partir de concha de pltano.Su proyecto se llama "Going Bananas", un juego de palabras que significa tanto "Volverse loco" como "Recurrir al pltano", y explica en detalle cmo utilizar las cscaras del popular fruto en lugar de los derivados de para producir plstico.

"El mtodo que he diseado es tan simple que prcticamente lo puede hacer uno en casa (algunos qumicos son irritantes pero no realmente peligrosos). Todo el mundo puede usar ese plstico y nuestro bello planeta se ahorrar las consecuencias de la produccin de plstico con derivados del, como la contaminacin de aire, suelo y agua".

La joven investigadora herva las cscaras para luego mezclar la pasta con pequeas cantidades de glicerina, sosa custica y cido clorhdrico. Obteniendo como producto final el bioplstico el cual su primer uso seria para aislantes de cable y posiblemente para prtesis medicas. (Formulacin Plstico)(5)En el ao 2012 en el instituto politcnico nacional de Mxico creo bioplstico a partir de harina de pltano. Investigadores del Instituto Politcnico Nacional (IPN) crearon una harina hecha a base de pltano, la cual mediante un proceso de plastificacin puede ser utilizada en la elaboracin de productos plsticos con alta capacidad biodegradable.

La propuesta del profesor Eduardo San Martn Martnez, del Centro de Investigacin en Ciencia Aplicada y Tecnologa Avanzada (CICATA), Unidad Legaria, del Instituto Politcnico Nacional (IPN), y su alumno del doctorado en Tecnologa Avanzada, el ingeniero Horacio Vieyra Ruiz, se basa en utilizar la cosecha que no es destinada para alimento, la que resulta como excedente y que generalmente se pudre debido a que es una fruta que madura rpidamente.

En el proceso de elaboracin del plstico natural, el pltano se utiliza verde y con cscara, primero se pasa por un satinizante para eliminar cualquier microorganismo, se corta y seca para facilitar la trituracin y producir la harina, se blanquea con perxido de hidrgeno y, a travs de procesos trmicos y qumicos, se incorpora el polvo de pltano con el polmero de plstico, de donde resulta un material termoformable.

La termoplastificacin de la harina de pltano presenta propiedades mecnicas, iguales a los materiales plsticos ya conocidos, como resistencia, impermeabilidad y elongacin (alargamiento que sufre un material que se somete a esfuerzo). Estas cualidades varan de acuerdo a la cantidad de polmero natural que contenga. (Comunicacin Social Instituto Politcnico Nacional)(6)

Justificacin:Un problema que afecta las reas urbanas es la contaminacin producida por los desechos orgnicos producidos tanto por industrias, comercio y propios hogares de la ciudad. Estos desechos tienen consecuencias al ecosistema y a su vez producen daos a la salud de los seres humanos fomentando as el deterioro a la imagen ciudad disminuyendo la presencia de turistas en la misma. (Centro de Desarrollo de Productos Biticos, Gorosquera)(7)En los mercados, comercios y hogares de la ciudad de Len son pocos los que cuentan con un programa para manejo de los residuos generados en estos mismos. Estos desechos generados los mercados, comercios y hogares de la ciudad de Len contribuyen a la contaminacin ambiental por lo cual surgi el inters de desarrollar este proyecto de reutilizacin de estos desechos (cascaras de pltanos), las cuales se procesaran para obtener un plstico biodegradable por el mtodo de hidrlisis acida, que ser una alternativa para disminuir los daos al ambiente y a su vez mejora en la calidad de vida de los habitantes de la ciudad de Len. El mtodo utilizado para este proyecto es el de hidrlisis acida aplicndolo a la reutilizacin de las cascaras de pltanos ya que presentan grandes concentraciones de almidn las cuales son capaces de generar cadenas de biopolimeros, de all el surgimiento del bioplstico. (Lzaro De la Torre Gutirrez)(8)Cabe mencionar las mltiples ventajas de este proyecto: La principal es la no dependencia del petrleo, que como sabemos es unbien escaso, caro y muy contaminante,pues los plsticos creados a partir de combustibles fsiles como el petrleo, se acumulan en la superficie de la tierra y permanecen en ella miles de aos como basura Los plsticos biodegradablesgeneran un menor porcentaje de dixido de carbono para el medio ambiente. Los bioplstico sedescomponenrpidamente, si una bolsa de plstico tarda 100 aos en desaparecer, una con plstico biodegradable tardara slo 90 das. Los productos biodegradables consumen menos energa tanto para su descomposicin, como para su creacin.(Universidad de Chile)(9)

Metodologa:El almidn est constituido por dos molculas, amilosa y amilopectina y ambas partes estn conectadas por uniones glicosidicas. Las molculas de amilosa suponen aproximadamente las cuarta parte del almidn (aunque algunas variedades como los almidones creos no contienen amilosa). La amilosa es una cadena lineal compuesta de miles de unidades de glucosa con uniones entre el carbono 1 y carbono 4 de las unidades de glucosa y por lo tanto constituida por uniones glicosidicas 1,4.

La amilosa forma una red tridimensional cuando se asocian las molculas al enfriarse y es la responsable de la gelificacin de las pastas cocidas de almidn. Los almidones ricos en amilosa mantienen su forma cuando se moldean; gelifican mientras los almidones sin amilosa espesan pero no gelifican. Las molculas de amilopectina suponen aproximadamente tres cuartos de los polmeros en un granulo de almidn. La cadena de glucosa de la amilopectina contiene 1,4 con ramificaciones 1,6 cada 15-30 unidades de glucosa de la cadena. Como se mencionaba antes solo la amilosa forma un gel. Los almidones con un porcentaje alto en amilopectina espesaran la mezcla pero no formaran un gel porque a diferencia de la amilosa, las molculas de amilopectina no se asocian y no forman enlaces qumicos.

Los mtodos empleado para elaborar nuestro proyecto son dos:

1. El proceso de gelatinizacin primeramente para obtener la solucin de almidn gelatinizado y emplearlo para el bioplstico

2. El segundo basado en la hidrlisis alcalina usado por Elif Bilgin premiada en el prestigioso premio norteamericano "Science in Action" en el ao 2013.

Proceso de Gelatinizacin: El almidn en su estado nativo es insoluble en agua. Forma una suspensin temporal de grandes partculas, que no se disuelven en el medio que las rodea y se depositaran en el fondo de un recipiente a menos que se agite. Cuando se calienta el almidn en presencia de agua, se produce inhibicin o incorporacin de agua en el granulo, a medida que el calentamiento continua, los grnulos de almidn captan ms agua irreversiblemente y se hincha; algunas cadenas cortas de amilosa salen de los grnulos. Este proceso llamado gelatinizacin es responsable del espesamiento de los sistemas alimenticios. Las soluciones de almidn gelatinizado son opacas y frgiles, y la estructura cristalina ordenada del almidn se pierde.

Las etapas del proceso de gelatinizacin son las siguientes: La temperatura de gelatinizacin se alcanza entre 60 y 71 C La energa cintica de las molculas de agua caliente rompe los puentes de hidrogeno entre las molculas de almidn, a medida que se forman puentes de hidrogeno los grnulos de almidn se hinchan. Se produce difusin de algunas cadenas de amilosa a medida que salen los grnulos de almidn. Los grnulos de almidn hinchados ocupan ms espacio y la mezcla espesa a medida que los grnulos de agranda liberando amilosa y perdiendo amilopectina. La pasta de almidn continua volvindose ms espesa, ms viscosa y resistente al flujo a medida que se agita y se gelatiniza.

Hidrlisis cida: La hidrlisis cida durante la coccin de los grnulos de almidn da lugar a la formacin de dextrinas o polmeros de cadena corta. Como el acido (acido actico) fragmenta la molcula de almidn el resultado es una pasta caliente y espesa. La hidrlisis de la molcula de almidn tambin da lugar a menos absorcin de agua por el granulo de almidn, por lo tanto lo mejor es aadir el acido al final de la mezcla despus que el almidn sea gelatinizado y comience a espesar. Si se aade un exceso de acido a la mezcla de almidn hay menor hinchamiento debido a la presencia de azcar que compite con el almidn por el agua, y hay menos hidrlisis por el acido. Se deben de controlar varios factores durante el proceso: Agitacin: La agitacin o el dar vuelta tanto inicialmente como durante el proceso de gelatinizacin, permiten a los grnulos de almidn hincharse independientemente y crear una mezcla uniforme, sin grumos. Sin embargo la agitacin excesiva despus de que se completa la gelatinizacin puede romper los grnulos y, en consecuencia aumentar la fluidez de las mezcla de almidn.Calentamiento:Duracin del calentamiento: cuando se alarga el tiempo de calentamiento la mezcla final puede ser menos espesa debido a la ruptura de los grnulos agrandados. Alternativamente la coccin durante un tiempo ms largo en una caldera destapada puede evaporar el agua que de otra forma aclarara la mezcla.Tipo de calentamiento: el calentamiento hmedo es necesario para que se produzca para la gelatinizacin. El calentamiento seco causa la hidrlisis del almidn formando cadenas mas cortas de dextrinas y volvindose mas soluble al agua de coccin. (Fundamentos de ciencias de los alimentos)(10)Nuestras innovaciones consisten que nuestro proyecto tiene ahorro de material en los reactivos y produce los mismos resultados que el mtodo que uso Elif Bilgin.

Como primera innovacin de nuestro proyecto es usar Disulfito de sodio o ceniza que son compuestos ms procesables y de descomposicin ms rpida para los microorganismos terrestres. (Departamento de Agricultura de los Estados Unidos)(11). El Disulfito de sodio o ceniza se vierte en las cascaras de pltano antes de ponerlas a cocer ya que estos actan como antioxidantes permitiendo mayor resistencia y mas vida til para producto final.

Segunda innovacin; es usar un mtodo de qumica bsica llamada hidrlisis acida; la cual simplemente consiste en la adicion de acido (acido actico) en el agua en la cual se hierve la cascara de pltano la cual eliminara algunas cadena de amilopectina y quedando solo cadenas de amilosa (Devia, 2003; Herbstreith & Fox, 1997)(12). que es la materia prima de inters para sintetizar el bioplstico.

El uso de acido actico es una alternativa muy barata y gran utilidad ya que consta con las mismas constantes dielctricas (Handbook of Chemistry and Physics 89th ed 2009)(13) y caractersticas del acido clorhdrico el cual es usado ms comnmente en la hidrlisis. Sin embargo el acido actico puede cumplir la misma funcin y en el proceso de descomposicin del bioplstico es menos daino que el HCl ya que este ltimo no puede ser procesado por microorganismos y hasta puede matarlos haciendo mal al ambiente ya que estos son capaces de ser transportadores de abono y minerales tanto para plantas y animales.

Tercera innovacin; es el proceso de elaboracin del bioplstico ya que los ingredientes son comunes, baratos y fciles de conseguir. Nuestro mtodo es basado en qumica bsica pero con una gran aplicacin cumple objetivos necesarios para una industria ya que hay un gran ahorro de materia prima ya que la fuente de las mismas esta en todos los lugares donde venden y se consuman alimentos, el presupuesto para la sntesis es barato ya que los utensilios utilizados son de muy bajo costo.

Sustancias y Reactivos:NombreFormulaDensidadMasa molarPunto de fusinPunto de ebullicinSolubilidad

Agua destilada H2O1.14 g/cm18.01 g/mol0C100C

Glicerina C3H8O31.26g/cm1. 92.09382g/mol

2. 17.8 C

290 CAlcohol etlico y ter

Acido actico 1. C2H4O2

1,05 g/cm60.05g/mol16 C118 CAgua

Bisulfito de sodio NaHSO1,48 g/cm104.061g/mol1. 150 C

390 C

Agua y alcoholes minerales

Materiales o equipo: Cocina Fisher Scientific Palangana Beaker de 500 ml Pyrex Probeta de 100 y 10 ml Pyrex Balanza Sartorius Esptula Pipeta Procesadora

ANEXOS

Ruta de reciclaje para la generacin de bioplstico:Lugares donde reciclar: Mercados, comedores, centros de acopio, y hogares de la ciudad de Len.

Proceso de elaboracin:1. Preparacion de cscara de platano:

2. Elaboracin del bioplstico:

Pasta elaborada (gelatinizada) con las cascaras de pltanosCalentamiento de la pasta

Pasta plastificada completamenteLa pasta comienza a plastificarse

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE NICARAGUAUNAN-LEON

Departamento de QumicaCarrera: Licenciatura en Qumica. 5to Ao

Componente: Tpicos Especiales De Qumica Orgnica Dra. Ernestina Soto

Tema: Entrega de Proyecto de Qumica Verde Elaborado por: Salvador Garache Urey Edgard Somarriba Martnez Jeffreey Parrales Salinas Nstor Gmez Palacios

Len, Nicaragua 19 de Junio 2015

Bibliografa:1. Revista Facultad de Agronoma. v.25n.2Caracasjun.2008. Extraccin de pectina a partir de la cscara de pltano.2. http:Que%20es%2bioplastico%20%20Wikipedia,%20la%20enciclopedia%20libre. html3. Inibap, 2001. Qumica de los alimentos. 3 edicin, Editorial Alhambra Mexicana, Mxico. pp 97,98.4. Montgomery, D.C. 1991. Diseo y anlisis de experimentos. Grupo Editorial Iberoamrica, Mxico. pp: 241-285.5. http:Formulacin/plastico/ Science in action /Going Bananas./2013/Elif Bilgin.html6. Comunicacin Social Instituto Politcnico Nacional. Instituto Politcnico Nacional Crea Plstico Biodegradable a Partir de Harina de Pltano. PetroQuiMex. 2012. Horacio Vieyra Ruiz.7. Centro de Desarrollo de Productos Biticos del IPN.Yautepec, Morelos, Mxico. Emigdia Flores-Gorosquera. Rendimiento del proceso de extraccin de almidna partir de frutos de platano (Musa paradisiaca). Estudio en planta piloto. Revista Scielo. versinISSN0001-5504.ACVv.55n.1Caracas-2004.8. Extraccin de almidn de pltano cuadrado (Musa balbisiana Colla). M. en C. Lzaro De la Torre Gutirrez. Semana de Divulgacin y Video Cientfico Venezuela 2008.9. Universidad de Chile. Facultad de ciencias y tecnologa. Medios Digitales de COPESA. Derechos reservados. Contaminacin por residuos Orgnicos , ambientes y sus interacciones.201110. Fundamentos de ciencia de los alimentos. Almidones en los alimentos. Capitulo 4. Freeland Graves.199711. http://www.ipmcenters.org/.El Sitio Nacional del Departamento de Agricultura de los EE.UU. (USDA) para el Sistema de Informacin de los Centros Regionales de MIP proporciona informacin sobre los productos bsicos, plagas y prcticas para el manejo de plagas, personas y cuestiones de los EE.UU12. Devia, J. 2003. Proceso para producir pectinas ctricas. Revista Universidad EAFIT- Colombia, 129 (39):21-29.13. Handbook of Chemistry and Physics 89th ed. 2009