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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Un éxito verde

Philip Ball, comentarista de la prestigiosa revista NATURE, hace unos días, en la sección SCIENCE UPDATE, donde se destacan los avances investigadores que se consideran más relevantes, alababa un trabajo de Investigación recién aparecido, en otra revista diferente, CHEMICAL COMMUNICATIONS, dedicando a sus comentarios laudatorios casi más longitud que la que la propia Investigación ocupa en su publicación original.

Entre estos comentarios, bajo el subtítulo de "Los químicos ponen a trabajar a los catalizadores biológicos en disolventes industriales limpios", se pueden entresacar expresiones como: "Forma ideal de química verde", "Esta es una forma natural de química verde, ya que usa catalizadores naturales en disolventes limpios" o "Es un logro intrigante ya que hasta ahora el uso de enzimas con disolventes supercríticos ha estado plagado de fracasos",

El profesor José Luis Iborra Pastor, catedrático del Departamento de Bioquímica, Biología Molecular (B) e Inmunología de la Universidad de Murcia, es el investigador principal del equipo responsable de la Investigación comentada, equipo compuesto por tres españoles, del grupo de Investigación de Biotecnología, y por dos franceses, pertenecientes al Instituto de Química de la Universidad de Rennes.

CRISTALES IÓNICOS. En general, para producir u obtener un compuesto, los sistemas químicos clásicos utilizan los correspondientes reactivos, en las condiciones fisico-químicas adecuadas, con la colaboración de catalizadores y disolventes. El problema principal consiste en obtener buenos rendimientos y en aislar el producto final, libre de los disolventes, del catalizador, etcétera. Hace unos meses comentábamos en esta sección estos problemas, indicando que durante casi 2000 años la química se basó en el uso del disolvente agua, abundante y barato. Pero el agua no es un disolvente universal. Por ello, en el siglo XIX, se introdujeron otros disolventes que posibilitaron la obtención de miles de nuevos compuestos, desde la margarina a los plásticos. Principalmente fueron disolventes orgánicos, que se utilizan sobre todo en industrias de síntesis, como la petroquímica y la farmacéutica y dan lugar a un volumen de ventas de unos 6.000 millones de euros al año. Su elevada presión de vapor les hace ser muy evaporables, aparte de su generalizada toxicidad e inflamabilidad. Frecuentemente son difíciles de reutilizar o reciclar y cuando se descomponen hasta dióxido de carbono contribuyen a incrementar el efecto invernadero. Por ello, cuando a partir del Protocolo de Montreal se prohibió el uso de muchos disolventes, se derivó la necesidad de reestructurar muchos procesos químicos que venían funcionando satisfactoriamente desde hace más de un siglo.

Comentábamos entonces que una nueva posibilidad, en estos casos, consistía en usar como disolventes los conocidos como cristales iónicos, que son unas sales cristalinas especiales que son líquidas a temperaturas normales Una de las áreas en las que los líquidos iónicos prometen producir un mayor impacto es la de la catálisis homogénea en la que el catalizador suele estar disuelto en la disolución, junto con los reactantes. En los procesos tradicionales el mayor problema, tras la reacción, es la separación del catalizador. Con la nueva tecnología, usando los llamados procesos bifásicos homogéneos, tras la obtención de los productos, su separación del catalizador se podría realizar simplemente por decantación, dejando reposar para que se originen dos fases diferenciadas.

CO2 SUPERCRÍTICO. Otra posibilidad, conocida desde hace tiempo, pero poco explotada, y que también fue objeto de atención en estas páginas, es la de uso de fluidos supercríticos como disolventes extractores. Un ejemplo es el gas no tóxico dióxido de carbono. Sus condiciones supercríticas de temperatura (31,1 ºC), presión (72 atmósferas) y densidad (0, 47) son muy asequibles. En las conocidas como condiciones supercríticas el dióxido de carbono, como otros gases, adquiere poder de solvatación (una propiedad típica de los líquidos) y puede ser usado como disolvente de muchos componentes aprovechando, además, su baja viscosidad, alto coeficiente de difusión, gran penetrabilidad y elevada velocidad de extracción. La eliminación del disolvente, para aislar el ingrediente puro extraído, no puede ser más sencilla. Basta reducir la presión y el fluido supercrítico se convierte en gas que se eliminará espontánea y totalmente. La eliminación de la cafeína de las semillas verdes del café, para la obtención de café descafeinado, es una de las aplicaciones más clásicas de la técnica de extracción que estamos comentando. Quizá, su mayor dificultad de aplicación se debe a la necesidad de un preciso diseño tecnológico previo para cada proceso, es decir, de una adecuada Investigación

BIOTECNOLOGÍA. Por otra parte, en la Naturaleza, en los seres vivos, los procesos suelen realizarse de un modo muy específico, con un alto rendimiento, en condiciones químico-físicas suaves y en medios acuosos (el agua es el principal disolvente biológico). Una de las razones principales para tanta perfección es la existencia de unos excepcionales catalizadores biológicos, las enzimas. Las enzimas suelen tener una naturaleza eminentemente proteínica y una gran capacidad catalítica ya que, frecuentemente, una molécula de enzima puede conseguir catalizar hasta miles de procesos de transformación por segundo de un sustrato específico, hasta el producto correspondiente, también específico.

Esa adaptación a la Naturaleza tiene sus contrapartidas. Las enzimas, como proteínas que son, suelen desnaturalizarse, inactivarse, con las alteraciones de sus condiciones ideales de pH, temperatura, o con su propio funcionamiento continuado. Tampoco su estructura proteínica es adecuada para los disolventes orgánicos.

La originalidad del trabajo del grupo del profesor Iborra, que abre enormes perspectivas futuras de aplicaciones específicas, ha sido combinar en un solo proceso las ventajas de los catalizadores biológicos, las enzimas, con las propiedades favorables de los dos tipos de disolventes "verdes", los cristales iónicos y el CO2 supercrítico. Para conseguirlo, diseñaron un reactor bifásico en el que la enzima (una lipasa de levadura) es disuelta y protegida en el cristal líquido, mientras que el sustrato (un lípido) se encuentra disuelto en el fluido supercrítico y al pasar por la cámara donde está la enzima ocurre la catálisis y los productos de la reacción quedan disueltos en el fluido supercrítico y salen de la cámara de reacción, pudiendo ser aislados, libres del catalizador, simplemente dejando evaporar el dióxido de carbono.

Siempre acostumbramos a pensar que los procesos desarrollados por el hombre nunca pueden compararse con la perfección y rendimiento de los naturales. Por ello, en este caso es realmente asombrosa la mejora de la estabilidad operacional de la enzima disuelta en el cristal líquido en relación con sus condiciones naturales biológicas, ya que en las condiciones de la Investigación realizada mantiene su selectividad, pero multiplica fuertemente su vida media (número de ciclos con actividad) y su resistencia a la temperatura (aun es activa incluso a 100 ºC).

En resumen, se han cumplido algunas de las previsiones esperanzadoras que hace unos seis meses exponíamos en estas mismas páginas y el éxito científico alcanzado permite abrigar esperanzas de que esta misma estrategia se extienda a muchos procesos industriales y agroalimentarios, lo que significaría una mayor conservación de nuestro
Medio Ambiente.