Una de las máximas de la química actual es ofrecer productos avanzados, desarrollados bajo criterios y procesos sostenibles. Y esta misma lógica es la que ha seguido un equipo de investigación de la Universidad de Almería, que acaba de presentar una nueva generación de biocatalizadores hechos con huesos de aceituna y cobre.
Estos nuevos catalizadores han sido creados siguiendo los criterios de la economía circular. Pueden tener aplicaciones en diversos campos de la industria, especialmente en la dedicada a los materiales; así como la salud, para el desarrollo de fármacos destinados al tratamiento de enfermedades como la diabetes o incluso el cáncer.
La descripción de los nuevos biocatalizadores ha sido publicada recientemente en la revista Sustainable Chemistry and Pharmacy. Arantxa Forte, primera autora de este trabajo de investigación, ha participado en un equipo multidisciplinar liderado por el profesor Ignacio Fernández, director del grupo de investigación Métodos avanzados de resonancia magnética nuclear y catalizadores a base de metales (NMRMBC) y Juana Mª Pérez Galera, ambos directores de su tesis doctoral, en colaboración con especialistas del campo de la salud, tanto de la propia Universidad de Almería como del Hospital Universitario Torrecárdenas.
Por qué crear biocatalizadores con hueso de aceituna y cobre
En este grupo de investigación se decidió investigar el potencial de los huesos de aceituna para la creación de biocatalizadores, porque se trata de un material muy abundante y fácil de obtener; un subproducto de la industria del aceite de oliva que actualmente se utiliza como biomasa en calderas, pero cuyo valor en el mercado es muy reducido, debido a que su aporte calorífico también es muy limitado. Con su uso en la creación de biocatalizadores aporta un valor añadido al hueso de la aceituna y facilitaría los procesos de economía circular.
Por otro lado, desde el punto de vista químico, el hueso de aceituna es un producto muy interesante, de ahí que la investigadora de la Universidad de Almería lo haya elegido como protagonista de su investigación. Los huesos de aceitunas son un material lingocelulósico, es decir, están compuestos en su mayoría por lignina, celulosa y hemicelulosa. Estas moléculas orgánicas son «bastante sencillas» y se les pueden dar aplicaciones múltiples en el campo de la química.
«En nuestro grupo de investigación usamos el hueso de aceituna para el desarrollo de materiales. Como mi línea de investigación se basa en la síntesis, pensamos en utilizarlo para desarrollar catalizadores», explica Arantxa Forte.
Entonces había que buscar un metal, y la investigadora del grupo NMRMBC pensó en el cobre, un metal abundante, con un precio contenido, en comparación con otros metales; y que es empleado en otras aplicaciones de este tipo.
Cómo se fabrican estos nuevos catalizadores
El proceso de fabricación de los catalizadores es relativamente sencillo si se cuentan con unos conocimientos avanzados de química. La lignina, la celulosa y la hemicelulosa del hueso de aceituna son macromoléculas que contienen grupos hidroxilo. Para que el cobre se quede anclado al hueso, se necesita una etapa previa de silanización de dichos grupos hidroxilo, de forma que juegan un papel fundamental para el correcto anclaje de los silanos.
«Para funcionalizarlo, utilizamos un compuesto de tipo silano, formado por una cadena de átomos con un silicio en un extremo, y un grupo amino (nitrógeno) en el otro extremo. Los grupos hidroxilos se enlazan muy bien al silicio, así que se forma una cadena de átomos larga», añade.
El silano hace la función de pegamento, ya que se enlaza por un extremo al hueso de aceituna, y por el otro al cobre. «De esta manera conseguimos que el cobre se quede bien adherido al hueso». En la fabricación de estos biocatalizadores se emplea el hueso de la aceituna como tal. Simplemente se le somete a un proceso de triturado y se separan los fragmentos por tamaño, para contar con un material homogéneo.
Qué aplicaciones tienen los nuevos biocatalizadores
Una vez conseguido el biocatalizador, el siguiente paso consistió en ver qué aplicaciones podría tener. En trabajos precedentes de éste y otros grupos de investigación se describen usos de este tipo de catalizadores de cobre en el desarrollo de fármacos. Aunque antes se debía de comprobar si los productos obtenidos con hueso de aceituna y cobre como catalizadores provocaban daños en las células. «Comprobamos su citotoxicidad y vimos que no tenía efectos tóxicos para las células y ahora estamos estudiando a qué tipo de enfermedades podemos aplicarlo», afirma Arantxa Forte.
En un principio, y siguiendo los resultados obtenidos por otros equipos de investigación, estos catalizadores podrían funcionar para el desarrollo de fármacos para el tratamiento de la diabetes, de aplicaciones antibacterianas y antivirales, de medicamentos intiinflamatorios, así como de fórmulas para combatir tumores cancerígenos.
Junto a las aplicaciones en el ámbito de la salud, estos catalizadores pueden generar procesos interesantes en la industria de los materiales. Por ejemplo, podría servir para desarrollar rellenos más interesantes que los actuales, así como composites más avanzados. Pero, como el caso de su uso farmacéutico, se trata de un campo todavía por explorar.
Qué ventajas presentan los catalizadores hechos con hueso de aceituna y cobre
Los catalizadores que ha desarrollado el grupo NMRMBC de la Universidad de Almería presentan una serie de ventajas que justifican seguir investigando sobre ellos. Son unos catalizadores que dan lugar a reacciones de química click, obteniendo buenos rendimientos en un disolvente ambientalmente sostenible como el agua.
«Hemos comprobado que usando agua como disolvente, podemos formar estos productos de manera rápida y sencilla. Aparte, se trata de una reacción muy barata. Funciona a gran escala y se encaja dentro de la química verde», aclara Arantxa Forte.
Ahora, este equipo de investigación amplía los horizontes de estos biocatalizadores, mediante combinaciones de hueso de aceitunas y otros metales, como la plata, con un efecto bactericida muy potente, que compensaría el mayor coste de su producción.
Los biocatalizadores formados con hueso de aceituna y un metal representan una línea de trabajo muy interesante, sobre todo en el Sur de la Península Ibérica, donde se concentra la mayor parte de la industria olivarera europea y se generan unas 300.000 toneladas de hueso de aceituna al año. Esta investigación aporta una salida a este subproducto, que favorecería el enfoque circular de la producción de aceite de oliva. Y además, permiten incrementar las soluciones de química verde, al tratarse de un proceso con coste económico y ambiental reducido.
