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ESQUEMA DE LAS BASES TEORICAS

1.3 Fermentación

1.3.1. Definición y uso de la Fermentación

1.3.2. Fermentación Láctica

1.3.3. Proceso Fermentativo

1.3.3.1. Parámetros de fermentación

1.4. Plásticos Biodegradables

1.4.1. Producción de Bioplasticos

1.4.1.1. Ventajas del almidón como materia prima, para elaboración de bioplásticos.

1.4.1.2.Desventajas del almidón como materia prima, para elaboración de bioplásticos.

1.5. Ácido Láctico

1.4.1. Producción de Ácido Láctico

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ESQUEMA DE LAS BASES TEORICAS

1.3 Fermentación

1.3.1. Definición y uso de la Fermentación

1.3.2. Fermentación Láctica
1.3.3. Proceso Fermentativo

1.3.3.1. Parámetros de fermentación

1.4. Plásticos Biodegradables

1.4.1. Producción de Bioplasticos

1.4.1.1. Ventajas del almidón como materia prima, para elaboración de bioplásticos.

1.4.1.2.Desventajas del almidón como materia prima, para elaboración de bioplásticos.

1.5. Ácido Láctico

1.4.1. Producción de Ácido Láctico

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D.Segura, R. Noguez, E. Guadalupe. (2007). Contaminacion Ambiental y Bacterias Productoras de Plasticos Biodegradables.

Editorial Interamericana. (1969). Microbiologia 1era Edicion Español. Mexico: Editorial Interamericana, S.A.

Iñiguez, A., & Castillo, A. (Junio de 2011). Obtencion del acido lactico a partir del almidon de papa(Solanum Tuberosum L), como materia prima para la fabricacion de material descartable biodegradable. Recuperado el 31 de Julio de 2016, de ups.edu.ec: http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1514/12/UPS-CT002110.pdf

M.Velasco, A. Vázquez, R. Espinosa, M. Beltrán. (24 de Noviembre de 2014). Bioplásticos y plásticos degradables. Recuperado el 26 de Junio de 2016, de anipac: http://www.anipac.com/bioplasticos.pdf

Meneses, J., Corrales, C. M., & Valencia, M. (2007). SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE UN POLÍMERO BIODEGRADABLE A PARTIR DEL ALMIDÓN DE YUCA. Revista EIA.

PlasticsEurope. (13 de Mayo de 2014). La industria plástica mide medidas para incrementar su competitividad. Recuperado el 25 de Junio de 2016, de PlasticsEurope: http://www.plasticseurope.es/centro-de-conocimiento/sala-de-prensa/comunicados-de-prensa-2014/13-de-mayo-de-2014-la-industria-plastica-mide-medidas-para-incrementar-su-competitividad.aspx

QUIÑÓNEZ, A. V. (Enero de 2015). OBTENCIÓN DE UN POLÍMERO BIODEGRADABLE A PARTIR DE ALMIDÓN DE MAÍZ. Recuperado el 14 de Agosto de 2016, de redicces: http://www.redicces.org.sv/jspui/bitstream/10972/2436/1/05%20Obtenci%C3%B3n%20de%20un%20pol%C3%ADmero%20biodegradable.pdf

Serna-Cocka, L., & Stouvenela, A. R.-d. (2009). PRODUCCIÓN BIOTECNOLÓGICA DE ACIDO LÁCTICO: ESTADO DEL ARTE. CYTA- Journal of Food, 54-65.

Valarezo, M. J. (2012). biolímeros a partir de almidon de corteza de yuca. Recuperado el 26 de Junio de 2016, de dspace.utpl: http://dspace.utpl.edu.ec/bitstream/123456789/2733/1/Maria%20Jose%20Valarezo%20Ulloa.pdf

Villaverde, A. (24 de Mayo de 2007). Acido láctico. Recuperado el 28 de Agosto de 2016, de eis.uva: http://www.eis.uva.es/~biopolimeros/alberto/acido_lactico.htm

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Obtener alto porcentaje de acido láctico producido a base del almidón de papa para la fabricación de bioplástico

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Nivel de investigación

El nivel de investigación que se empleará será explicativo, ya que este tipo de nivel nos permite evaluar el efecto de la concentración másica del almidón en la obtención de acido láctico para la elaboración de bioplástico

Diseño de investigación

La investigación estará dirigida a un contexto experimental ya que es imprescindible el control del almidón en el proceso de formación de bioplástico, sin embargo también se llevaran a cabo la manipulación de la variable independiente en condiciones controladas para una futuro tratamiento de datos con el fin de describir de qué modo y por qué causa se produce una situación o acontecimiento particular.

Técnicas e instrumentos de recolección de datos

El objetivo de determinar la muestra es adquirir un subconjunto representativo y finito del universo, por ello se aplicará la técnica de muestreo al azar simple.

La recolección de datos se llevara muestreando la a cabo mediante la técnica de cromatografía liquida de alta precisión para conocer las concentraciones del almidón y se determinara el incremento de acidez y los cambios de pH del acido láctico.

Recursos humanos

La elaboración del presente trabajo contará con un total de dos personas, cada uno estará destinado a la realización de actividades específicas para la evaluación de datos.

Recursos materiales

Se necesitará equipos de laboratorio como: balanza analítica, pH metro, Incubadora, materiales de vidrio, cámara de flujo laminar, autoclave, refrigeradora, además de los materiales como la papa y los indicadores

Recursos financieros

Para el presente trabajo se necesitará un presupuesto de $1.500 dólares americanos para el montaje del reactor y la compra de reactivos.

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Se han propuesto diversas alternativas para mitigar los impactos ambientales de los plásticos, tales como el reciclaje o el aprovechamiento energético, que son soluciones de fin de vida. Sin embargo, una vertiente que ha despertado especial atención es la fabricación de bioplásticos (M.Velasco, A. Vázquez, R. Espinosa, M. Beltrán, 2014).

El almidón es el segundo polisacárido más abundante, se encuentra ampliamente distribuido en las plantas donde es almacenado como hidratos de carbono en las semillas, frutas, tubérculos, raíces, hojas y tallos (Valarezo, 2012).

Fermentación Láctica

La fermentación láctica es un proceso celular anaeróbico donde se utiliza glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el acido láctico. Este proceso lo realizan algunas bacterias pero la que destaca es la Lactobacillus Delbrueckii Bulgaricus, ya que es la bacteria promotora de la degradación glucosica para la obtención del acido láctico.

Parámetros de fermentación

1.  Temperatura: La temperatura más favorable para el desarrollo de Lactobacillus que intervienen en la fermentación de almidón de papa, viene a ser de 30 °C.

Para evitar pérdidas de calidad, es práctica corriente mantener la temperatura de fermentación entre 10 y 20 °C

2.  Exclusión del aire: La mejor forma de evitar la presencia de oxigeno en el proceso de fermentación consiste en cerrar herméticamente el tanque de fermentación, usando recipientes de gomas con hojas de plásticos (Iñiguez & Castillo, 2011).

PLASTICOS BIODEGRADABLES

La fabricación de plásticos biodegradables a partir de materiales naturales, es uno de los grandes retos en diferentes sectores industriales, agrícolas y de materiales para servicios varios. Ante esta perspectiva, las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras fuentes han tomado un nuevo impulso y los polihidroxialcanos aparecen como una alternativa altamente prometedora.

La sustitución de los plásticos actuales por plásticos biodegradables es una via  por la cual el efecto contaminante de aquellos, se veria disminuido en el medio ambiente. Los desechos de plásticos biodegradables pueden ser tratados como desechos organicos y eliminarlos en los depósitos sanitarios, donde su degradación se realice en pequeños periodos de tiempo (A, J., N, & J., 2004).

Los polímeros biodegradables se pueden clasificar de la siguiente manera:

·         Polímeros extraídos o removidos directamente de la biomasa: polisacáridos como almidón y celulosa. Proteínas  como caseína, queratina y colágeno.

·         Polímeros producidos por síntesis química clásica utilizando monómeros biológicos de fuentes renovables.

·         Polímeros producidos por microorganismos,bacterias productoras nativas o modificadas genéticamente.

Dentro de la última categoría se hallan los plásticos biodegradables producidos por bacterias, en este grupo encontramos a los PHAs y al ácido poli láctico (PLA). Los PHAs debido a su origen de fuentes renovables y por el hecho de ser biodegradables, se denominan “polímeros doblemente verde”. El PLA, monómero natural producido por vías fermentativas a partir de elementos ricos en azucares, celuloso y almidón, es polimerizado por el hombre. Los bioplásticos presentan propiedades fisicoquímicas y termoplásticas iguales a la de los polímeros fabricados a partir del petróleo, pero una vez depositados en condiciones favorables, se biodegradan (Segura, 2007).

La producción de bioplástico empieza con el almidón que se extrae de la cáscara de plátano, luego ingresa un proceso anaeróbico de fermentación el mismo que con la acción de microorganismos tales como bacterias del tipo Lactobacillus, Pediococcus, Lactococcus y Streptococcus o ciertos hongos tales como Rhizopus Oryzae (Serna-Cocka & Stouvenela, 2009), en especial la bacteria “Lactobacillus Delbrueckii Bulgaricus” (Editorial Interamericana, 1969); que transforman este almidón en una molécula más pequeña de acido láctico, la cual es la materia prima que se polimeriza formando cadenas con una estructura molecular similar a los productos de origen petroquímico que se unen entre sí para formar plástico llamado PLA (ácido poliláctico) (D.Segura, R. Noguez, E. Guadalupe, 2007).

El proceso de elaboración de biopolímeros de origen vegetal a partir de almidón, presenta dos etapas. La primera, proceso de iniciación o gelatinización consiste en el hinchamiento de los gránulos de almidón cuando la mezcla es expuesta al calor a una temperatura entre 45°C y 60°C y la segunda es la etapa final que comprende el ordenamiento espontáneo de los puentes de hidrógeno al enfriarse. Para hacer posible la fabricación de un polímero a partir de almidón, es necesario aportar diferentes reactivos a la mezcla y garantizar ciertas condiciones que permitan su obtención (Valarezo, 2012). Las condiciones ideales para trabajar en el molino abierto son 100 °C, 24 r. p. m. y una relación de velocidad entre los rodillos de 1,08 a 1. Estas condiciones permiten que el polímero forme banda y pueda convertirse en lámina (Meneses, Corrales, & Valencia, 2007).

Ventajas del almidón como materia prima, para elaboración de bioplásticos.

·             -Es el segundo biopolímero más abundante.

·              -Buenas propiedades mecánicas.
-Sellable e imprimible sin tratamiento superficial.

·              -Barrera a gases como el CO2 y O2; así como aromas (semejante al PET y al nylon).

·              -Intrínsecamente antiestático.

·              -Hidrosoluble.

·              -Versátil, ya que se puede modificar químicamente.

Desventajas del almidón como materia prima, para elaboración de bioplásticos.

·              - Material muy sensible a la humedad.

·               -Elevada WVTR (water vapor transmission rate, tasa de transmisión de vapor de agua).

·               -Obtención de un polímero biodegradable a partir de almidón de maíz

·               -Elevada densidad.

·               -Procesado complicado por extrusión.

·               -Fragilidad.
ACIDO LACTICO

El ácido láctico, o su forma ionizada, el lactato, también conocido por su nomenclatura oficial acido 2 hidroxi-propanoico, es un compuesto quimico que juega importantes roles en diversos procesos bioquímicos, como la fermentación láctica.Es un acido carboxílico, con un grupo hidroxilo en el carbono adyacente al grupo carboxilo (Megazyme, 2005).

En solución puede perder el hidronio y convertirse en el  anion lactato. El acido láctico es un quiromero, por lo que posee dos isómeros ópticos. Uno es el dextrógiro acido D-(-)-lactico, el otro es el levógiro acido L-(+)-lactico que es el que tiene importancia biológica.

Producción de ácido láctico

El ácido láctico se puede obtener por síntesis química o por vía fermentativa biotecnológica. En la actualidad se prefiere la vía  fermentativa biológica, debido a la necesidad de obtener  ácido láctico ópticamente puro.

Los factores limitantes en la producción de ácido láctico por la vía fermentativa son principalmente, la baja concentración de bacterias lácticas en el sistema y la inhibición del crecimiento por el producto por lo tanto se aplica la vía fermentativa biotecnológica para ir incrementando la concentración de las bacterias lácticas y así obtener mejores resultados en menores tiempos.

Las bacterias lácticas están conformadas por un amplio grupo de bacterias no espuruladas, Gram. Debido al gran número de bacterias acticas son de interés los géneros altamente productores de ácido láctico. Para la  producción industrial de ácido son de mayor importancia las bacterias lácticas homofermentativas, aquellas  que solo pueden producir ácido láctico, por filtración, concentración y acidificación (Kandler, 1983)

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Independiente: Concentración másica de almidón

Dependiente: producción de acido láctico

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- La concentración de almidón influye significativamente en la velocidad de fermentación y en la cantidad de acido láctico producido

- La concentración de almidón no influye significativamente en la velocidad de fermentación y en la cantidad de acido láctico producido.

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Objetivo general:

Evaluar la producción de ácido láctico obtenido por la fermentación del almidón de papa mediante la acción de Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus para su posible uso en la obtención de bioplástico APL.

Objetivos Específicos:

·          Conocer sobre la fermentación láctica y los parámetros importantes para que se lleve a cabo según la bacteria Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus

·         Determinar el proceso biotecnológico para la producción de bioplástico

·         Exponer las ventajas y desventajas de trabajar con este proceso.

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A partir de la corteza de papa se puede obtener harina con elevado porcentaje de almidón, al extraer su almidón este tiene las características de un resina que puede inyectarse, extruirse y termoformarse, el mismo que puede ser utilizado para la elaboración de productos plásticos como materia prima; estos podrían ser desechados, su descomposición no tardaría y a la vez seria de beneficio por su contenido de nutrientes los cuales aportarían como enmiendas para el suelo.
Tomando en cuenta lo anteriormente mencionado, la presente investigación tiene como principal objetivo la obtención de ácido láctico producido por la fermentación del almidón extraido de la papa, mediante la acción de Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, para su posible uso en la producción de un biopolímero APL, que presente características similares a las de un polímero sintético y se lo puede utilizar como materia prima para la elaboración de artículos de decoración, reduciendo de esta forma la contaminación al ambiente.

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Obtención de acido láctico a partir de almidón de papa como materia prima para la fabricación de bioplástico en el cantón Santa Ana en el periodo Octubre2016-Marzo del 2017

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El ácido láctico fue descubierto en 1780 por el químico sueco Scheele, quien lo aisló de leche agria, fue reconocido como producto de fermentación por Blonodeaur en 1847 y tan solo en 1881, Littlelon inicia la fermentación a escala industrial. Es un compuesto muy versátil utilizado en la industria química, farmacéutica, de alimentos y de plásticos.
Medina et al, (2014), realizaron uno de los estudios más recientes, donde exponen la obtención de ácido láctico por fermentación del mosto del fruto de cují (Prosopis juliflora) y su posterior poli-condensación con Zinc metálico a APL. Con la utilización de Lactobacillus bulgaricus. Esto produce un rendimiento en ácido láctico de 13,93 %

Ponce y Guerrero (2014) desarrollaron diferentes materiales compuestos a base de un polímero biodegradable como el APL reforzado con fibras naturales de abacá mediante moldeo por compresión. Como resultado del estudio obtuvieron mejoras de hasta un 165 y 130 % en la resistencia a la tracción y módulo de elasticidad, respectivamente.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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A lo largo de la historia los residuos plásticos se han ido convirtiendo en un gran problema para el medio ambiente, ya que diariamente son desechados en grandes cantidades por empresas y domicilios, volviéndose una preocupación en el momento de su disposición final.

Si bien es cierto, el reciclaje reduce el problema, pero no lo elimina de raíz. Además, muchos empaques plásticos no pueden reciclarse fácilmente, pues hay que recolectarlos, trasladarlos y limpiarlos antes de procesarlos, lo cual resulta costoso.
Para solucionar este problema se han incorporado nuevas alternativas de productos amigables con el ambiente como son los bioplásticos a base de acido láctico obtenido de la fermentación láctica de productos ricos en almidón