El uso de fuentes renovables como materia prima para obtener biomateriales ha despertado un enorme interés en las últimas décadas. La inmensa cantidad de residuos agroindustriales que se generan en las fábricas de la región abre un abanico de posibilidades para poder obtener nuevos materiales. La mayoría de técnicas para poder procesar estos biopolímeros están dadas por vía química. Dicha ruta no es la adecuada, ya que es la que más contamina el planeta y que, en cada proceso, ocasiona una gran cantidad de efluentes nocivos para el medio ambiente. Los procesos más sostenibles son los que se dan por fermentación con microorganismos y aislamiento a condiciones moderadas. Tales procesos permiten garantizar un mejor trato al entorno. Una de las alternativas sostenibles que propone el presente trabajo de investigación es obtener nanocomposites mediante la técnica de electrospinning/electrospray, a partir de biopolímeros como el polihidroxialcanoato, celulosa bacterial y almidón. Las características morfológicas y estructurales hacen que estos biomateriales posean propiedades interesantes. La preparación de estos nanocomposites permitirá evaluar sus propiedades para su respectiva aplicación, ya sea en el campo biomédico, textil, fármacos y la industria farmacéutica.  https://t.ly/iWfu

La demanda por recursos naturales como alimentos y materias primas es una necesidad de la sociedad. Sin embargo, en el escenario actual, el aumento constante de la población y los mayores estándares de vida exigidos someten al planeta a presiones ambientales críticas. El estilo de vida moderno es insostenible con las tecnologías tradicionales, por lo que la propuesta de soluciones innovadoras es de urgencia.

En Perú, la agroindustria es uno de los sectores con mayor crecimiento económico y productivo. Inevitablemente, durante la elaboración de muchos de sus productos se generan grandes cantidades de desechos. La disposición final de estos residuos supone altos gastos energéticos y monetarios, así como una carga en vertederos municipales. De no realizarse adecuadamente, se promueve la aparición de plagas, tales como insectos y roedores, planteándose un serio desafío para su eliminación.

Los residuos agroindustriales son ricos en carbohidratos (almidón, celulosa, azúcares), por lo que se consideran como potencial materia prima para aplicaciones biotecnológicas, pudiendo generar un incremento de la rentabilidad en la agroindustria al aprovechar sus subproductos y darles un valor agregado, a la vez que se reduce la carga orgánica de vertederos.

Uno de los materiales más requeridos en el mundo son los plásticos. Los plásticos tradicionales son polímeros sintéticos, generalmente derivados de fuentes fósiles no renovables. La mayor demanda de este material proviene de la industria del empaque. El sector de alimentos es el principal mercado de consumo masivo, que solicita este material. Sin embargo, la disposición final de los plásticos convencionales es un problema que pone en riesgo la integridad de los ecosistemas. La gran mayoría de los plásticos utilizados no son biodegradables. Además, no aportan ningún beneficio funcional a los alimentos e, incluso, podrían liberar compuestos perjudiciales al entrar en contacto con los mismos.

Los biopolímeros se presentan como una alternativa atractiva a los plásticos comunes, ya que tienen origen biológico, son renovables y biodegradables. Entre los más estudiados, están los polihidroxialcanoatos, la celulosa bacteriana y los polímeros derivados del almidón. Para la síntesis de polímeros biodegradables, se pueden utilizar los residuos agroindustriales como fuente natural renovable, al emplear las siguientes estrategias: extracción del polímero nativo de un tejido vegetal o una ruta química o biotecnológica de polimerización de monómeros. La utilización de desechos industriales y subproductos como medios de fermentación ha mejorado la competitividad en costos de la producción de biopolímeros. Sin embargo, por sí solos, muchos de estos biopolímeros presentan características térmicas, mecánicas, y funcionales subóptimas, lo que dificulta su aplicación efectiva en los mercados de consumo masivo.

Se ha realizado investigaciones para el desarrollo de nuevas técnicas que mejoren las propiedades de estos biopolímeros. Una de estas tecnologías es el electrospinning/electrospray, que permite obtener nanofibras y nanopartículas con las que se pueden formar bionanocomposites, una nueva clase de materiales que ha probado ser una opción prometedora para mejorar las propiedades funcionales, mecánicas y térmicas de los biopolímeros.

El desarrollo de nuevos materiales biodegradables mediante el uso de tecnologías emergentes, como los son el electrospinning y electropulverización, están proporcionando un gran impulso a los investigadores en el campo de desarrollo de nuevos alimentos funcionales y materiales de envasado de alimentos. Este método permite aprovechar los biopolímeros, tales como el almidón, celulosa bacteriana y polihidroxialcanoatos, obtenidos a partir de residuos agroindustriales de la región La Libertad, para generar nanocomposites con potencial aplicación en la industria alimentaria, revalorizando, de esta manera, materiales que suelen ser considerados desechos de la agroindustria. El almidón, además de ser una fuente de energía esencial en la dieta humana, constituye una excelente materia prima para modificar la textura de muchos alimentos procesados. Nuevas aplicaciones de almidón incluyen matrices portadoras para la liberación controlada de agroquímicos, materiales termoplásticos con propiedades térmicas y mecánicas mejoradas (Queiroz, Machado, Haas, Hickmann & de Oliveira, 2017) y materiales de envasado biodegradables de bajo costo, en reemplazo de bandejas de poliestireno expandido (EPS), elaboradas en base de derivados del petróleo, difíciles de reciclar, y pueden generar productos tóxicos durante su descomposición (Cruz-Tirado et al., 2017).

Todas las bacterias formadoras de celulosa conocidas hasta la fecha se distinguen por la naturaleza extracelular del producto de glucano y la formación de agregados celulares (conocidos como flóculos), que es atribuible a la falta de autoafinidad del material celulósico. Por el contrario, la celulosa vegetal es un componente intrínseco de la pared celular. Sin embargo, la celulosa bacteriana también parece cumplir un rol estructural en el sentido que puede conferir protección mecánica, química o biológica dentro del hábitat natural, como en Acetobacter xylinum y Sarcina ventriculi, o facilitar procesos de adhesión celular necesarios para interacciones simbióticas o infecciosas, como en Rhizobium y especies de Agrobacterium (Galperin & Institutet, 2016).

En los últimos años, la producción microbiana de polihidroxialcanoatos (PHA) viene siendo objeto de intensa investigación alrededor del mundo (Tan et al., 2014). Estos biomateriales presentan características muy similares a los plásticos derivados del petróleo, pero, a diferencia de estos, son completamente biodegradables y biocompatibles, por lo que son de gran interés en aplicaciones que van desde la industria del embalaje hasta implantes biomédicos (Masood, 2017; Wani, Shaikh, & Sayyed, 2016).

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación multidisciplinario

Son propuestas de investigación aplicada o desarrollo tecnológico con objetivos y actividades multidisciplinarias. Participan, por lo menos, dos grupos de investigación de diversas disciplinas, ya sea de la misma o de diferente entidad.

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

•       Un investigador principal

•       Dos coinvestigadores (uno por cada grupo de investigación)

•       Dos tesistas de posgrado

•       Un gestor tecnológico

•       Un coordinador administrativo

Nota: se debe contar con la participación de, por lo menos, un investigador de una institución proveniente de alguna región del interior del país.

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Agroindustria y elaboración de alimentos

Sector: Estratégico

Lugar de ejecución del proyecto: La Libertad

Fecha de inicio: 01/12/2018

Fecha de cierre: 01/06/2021

Plazo de ejecución (meses): 30

Objetivo principal

El objetivo principal del presente proyecto es la formulación de bionanocomposites con potencial aplicación en la industria alimentaria a partir de polihidroxialcanoatos, celulosa bacteriana y almidón, productos biotecnológicos de residuos agroindustriales, aplicando una tecnología emergente: electrospinning/electrospray. Asimismo, se optimizará la producción de los polihidroxialcanoatos y la celulosa bacteriana mediante procesos fermentativos, y el almidón por extracción, a partir de residuos agroindustriales. Además, se empleará la tecnología de electrospinning/electrospray para la elaboración de los bionanocomposites. Aparte, se evaluarán sus propiedades ópticas, térmicas, mecánicas y de biodegradabilidad mediante FTIR, DSC, TGA, SEM, y se propondrá una posible aplicación para la industria alimentaria.

Objetivo específico 1

Producción de polihidroxialcanoatos y celulosa bacteriana y extracción de almidón a partir de residuos agroindustriales.

Objetivo específico 2

Caracterización de los biopolímeros obtenidos (polihidroxialcanoatos, celulosa bacteriana y almidón).

Objetivo específico 3

Preparación de nanofibras/nanopartículas mediante tecnología de electrospinning/electrospray, empleando los biopolímeros obtenidos.

Objetivo específico 4

Caracterización de los nanocomposites y su posible aplicación en la industria alimentaria.

Institución responsable del proyecto

Universidad Nacional de Trujillo

RUC: 20172557628

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: La Libertad

Provincia: Trujillo

Distrito: Trujillo

Dependencias: Facultad de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias Agroindustriales

Instituciones asociadas

Instituto Tecnológico de la Producción (ITP)

RUC: 20131369477

Tipo de entidad: Centros de Innovación Productiva y Transferencia Tecnológica (CITE) públicos o privados

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: La Libertad

Provincia: Virú

Distrito: Virú

Investigador principal

Nombres: Gabriela del Carmen

Apellido paterno: Barraza

Apellido materno: Jáuregui

Grado académico: Magíster

Nombre del grado académico: Magíster en Tecnología de Alimentos

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Dependencia: Facultad de Ciencias Agroindustriales

Coinvestigador

Nombres: José Carlos

Apellido paterno: Alcántara

Apellido materno: Campos

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Dependencia: Facultad de Ingeniería Química

Coinvestigador

Nombres: Cyntia Paola

Apellido paterno: Rodriguez

Apellido materno: Cruzado

Grado académico: Magíster

Entidad: Instituto Tecnológico de la Producción (ITP)

Dependencia: Centro de Innovación Productiva y Transferencia Tecnológica – CITEagroindustrial Chavimochic

Coinvestigador

Nombres: Medardo Alberto

Apellido paterno: Quezada

Apellido materno: Álvarez

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Dependencia: Facultad de Ingeniería Química

Tesista

Nombres: Claudio Eduardo

Apellido paterno: Quiñones

Apellido materno: Cerna

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Gestor tecnológico

Nombres: Maria del Pilar

Apellido paterno: Chinchayán

Apellido materno: Fernández

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Coordinador administrativo

Nombres: Dora Verónica

Apellidos: Caruajulca Blanco

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Técnico

Nombres: Leibnitz Romario

Apellidos: Sánchez Banda

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Técnico

Nombres: Jordan

Apellidos: Ulloa Bello

Entidad: Instituto Tecnológico de la Producción (ITP)

Técnico

Nombres: Carlos Benjamín

Apellidos: Honorio Briones

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Técnico

Nombres: Anthony Jeams

Apellidos: Fuentes Olivera

Entidad: Universidad Nacional de Trujillo

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.