^{Incubadora de Alta Tecnología en Bioeconomía y Economía Circular de Extremadura}

RESUMEN

En el contexto de una creciente conciencia ambiental y una legislación más estricta, la industria agroalimentaria enfrenta el desafío de adoptar prácticas sostenibles y de economía circular. El cultivo de maíz, el cereal más producido a nivel mundial genera una considerable cantidad de biomasa residual. Aunque actualmente se utiliza para varios fines, su potencial es aún mayor, ya que contiene nutrientes y fitoquímicos de alto valor comercial.

La economía circular ofrece un enfoque para maximizar el uso de los recursos y minimizar el impacto ambiental, además de atender a los criterios de viabilidad económica, por lo cual es necesario diseñar sistemas de valorización integral (residuo cero) mediante procesos en cascada. En el caso del maíz, se pueden aplicar métodos de extracción selectiva para obtener compuestos de alto valor añadido, como pigmentos naturales y antioxidantes.

Posteriormente, a través de la valorización biotecnológica, microorganismos transforman la biomasa en enzimas, antioxidantes y otros productos útiles para diversas industrias. Finalmente, los residuos no aprovechados pueden ser destinados a la generación de gas de síntesis para su uso en la industria química o como fuente de energía renovable.

Este enfoque circular y sostenible representa una solución para optimizar recursos, reducir desperdicios y mejorar la competitividad de las empresas agroalimentarias, avanzando hacia un modelo de residuo cero.

Hoy día urge el aprovechamiento integral de todos los recursos de los que hace uso la actividad humana. Una de las principales industrias que se sitúan en el punto de mira es la industria agroalimentaria, donde siguen predominando modelos productivos lineales, estos que se basan en “coger, fabricar y desechar” y que desaprovechan un amplio potencial del producto agrario. Entre otras, las industrias de los cereales, la vid o el olivar siguen en su mayoría adoptando los mencionados modelos productivos lineales y desperdiciando un enorme potencial, de los considerados residuos, en sus respectivas industrias.

En los últimos años, el auge del perfil de un consumidor más consciente por el cuidado del medio ambiente, la difusión y concienciación de prácticas sostenibles y, un endurecimiento de la legislación ha empujado a las industrias hacia la búsqueda de prácticas circulares y sostenibles, tomando fuerza así los modelos productivos de economía circular.

En la actualidad la norma BS 8001 de Economía Circular sirve como marco teórico para promover el cambio de los modelos de producción tradicionales a los circulares. Fundamentado en los principios de Economía Circular: pensamiento sistémico, innovación, corresponsabilidad, colaboración, optimización de valor y transparencia.

La economía circular es un modelo productivo que busca maximizar el uso de los recursos y minimizar el impacto en el medio ambiente. En comparación con los modelos productivos tradicionales, la economía circular se enfoca en la eficiencia en el uso de recursos primarios y el aprovechamiento máximo de los mismos. Esto contribuye a la rentabilidad y mejora competitiva de las empresas cuando se implementa de manera eficaz. Además, la economía circular ofrece un marco de soluciones sistémicas para el desarrollo económico, abordando profundamente la causa de retos mundiales tales como el cambio climático, la pérdida de biodiversidad, el incremento de residuos y de contaminación, al tiempo que revela grandes oportunidades de crecimiento.

Desde la Incubadora de Alta Tecnología de Extremadura se da respuesta a los principales retos que enfrentan las empresas en términos de bioeconomía y economía circular, aplicando enfoques tecnológicos multidisciplinares para hacer frente a la problemática de las empresas, respetando los pilares sobre los que se fundamenta el desarrollo de modelos productivos circulares.

Mediante procesos de valorización en cascada, extraemos todo el potencial de los residuos haciendo del desecho materias primas para otras industrias, incrementando el valor a la empresa (económico, social y ambiental), mejorando la eficiencia de la actividad empresarial mediante la optimización de los recursos disponibles para la misma.

En la campaña 2022/2023 (ver Gráfico 1), el maíz se destacó como el cereal más producido a nivel mundial, alcanzando aproximadamente 1.160 millones de toneladas métricas. La importancia de esta actividad agrícola es innegable, ya que tiene un elevado impacto en numerosos países alrededor del mundo.

No obstante, durante el procesado del maíz se genera una considerable cantidad de biomasa residual, que oscila entre 16 y 35 toneladas por hectárea. Esta biomasa residual incluye cañas, hojas, chalas y mazorcas. Actualmente, estos residuos del maíz son aprovechados para diversos fines, como alimento para el ganado, ensilaje, abono para las plantas, y también como fuente de energía y biocombustibles. A pesar de esto, el potencial oculto en la biomasa del maíz es aún más amplio, ya que contiene nutrientes y fitoquímicos de alto valor comercial. Se sabe que el contenido de nutrientes digestibles de estos residuos es igual o superior al 70 % en base seca, mientras que su contenido de fibra cruda es igual o superior al 18%. Además, una importante fracción de fitonutrientes también está presente en la biomasa, lo que abre la posibilidad de aprovecharlos de manera más integral.

A continuación, se presenta una metodología basada en los principios de economía circular que explora diversos enfoques de valorización para obtener productos de alto valor añadido. Este enfoque ofrece un modelo circular de residuo cero para sustituir al modelo productivo lineal de la actualidad, donde se busca maximizar el uso y aprovechamiento de los residuos mencionados.

Valorización Inicial mediante Extracciones Selectivas
Uno de los pasos más importantes de las estrategias de valorización en cascada de la biomasa residual de la agroindustria reside en la extracción de compuestos de alto valor añadido, estos compuestos en porcentaje de peso sobre el total del residuo no alcanzan el 1 %. Sin embargo, su valor en mercado da viabilidad económica a los sucesivos pasos de valorización en los modelos de economía circular.

Utilizando métodos físicos y solventes “verdes”, es posible obtener una gama diversa de compuestos útiles aplicables en un amplio rango de industrias, sin apenas alterar el potencial de la matriz residual.

Extracción por Microondas, Fluidos Supercríticos o subcríticos, ultrasonidos y procesos asistidos por presión. Procesos que según la matriz del residuo y el metabolito de interés pueden ser únicos o usar varios de ellos por su complementariedad.

Pigmentos: Estas técnicas permiten la obtención de pigmentos de alta calidad (carotenoides y antocianinas), que encuentran aplicación en la industria textil y cárnica, aportando colores naturales y sostenibles a los tejidos o aportando métodos alternativos para aportar coloración a productos cárnicos. Además, muchos de estos compuestos presentan capacidad antioxidante, ya que son capaces de neutralizar radicales libres, usando ampliamente en formulados alimenticios como alternativa a los conservantes químicos tradicionales, mejorando su vida útil de manera natural.

Compuestos con potente acción antimicrobiana y antiproliferativa: la biomasa del maíz contiene compuestos con propiedades antibacterianas y antiproliferativas. Estas sustancias pueden ser aprovechadas en las industrias cosméticas y farmacológicas, ofreciendo alternativas más naturales y sostenibles para la formulación de productos.

Valorización Biotecnológica: Aprovechando al Máximo la Biomasa Lignocelulósica

Una vez realizada la extracción de compuestos selectivos, la biomasa residual restante, principalmente lignocelulósica, puede someterse a una valorización biotecnológica. En esta etapa, microorganismos especialmente seleccionados juegan un papel fundamental al convertir la biomasa en diversos productos de alto interés. De nuevo, encadenar varias fermentaciones permiten obtener el máximo potencial del desecho, pudiendo obtener:

Por fermentaciones fúngicas:

1. Enzimas de Interés: Los microorganismos, principalmente hongos, necesitan descomponer la biomasa para usarle como fuente de alimento y en el proceso producen enzimas que facilitan el proceso de descomposición como amilasas, pectinasas, proteasas, quitinasas, peroxidasas, entre otras. Estas enzimas secretadas al medio tienen aplicaciones innumerables en la industria, desde la producción de alimentos hasta la fabricación de productos farmacológicos.

2. Micropéptidos con Acciones Antimicrobianas: Otro producto obtenido en esta fase son los micropéptidos con potentes propiedades antimicrobianas, con potencial aplicación en la industria farmacéutica y cosmética.

3. Concentrados Ricos en Compuestos Antioxidantes: La biomasa lignocelulósica también ofrece la posibilidad de obtener concentrados con compuestos antioxidantes, que pueden ser empleados en la industria de suplementos y cosméticos.
Por fermentaciones bacterianas:

4. Productos de mayoritarios de Acumulación Intracelular o excretados al caldo de fermentación: Los microorganismos generan productos de acumulación intracelular, como los gránulos de polihidroxialcanoatos, que pueden ser utilizados en la fabricación de bioplásticos y materiales sostenibles. También producen otros productos que son excretados al medio, como son:

a. ácidos grasos volátiles.

b. ácidos orgánicos de interés (ácido acético, ácido málico, ácido láctico, etc.)

c. gases como el CO₂ que se reintroducen en la cadena de valor mediante fermentaciones paralelas con organismos fotosintéticos que actúan como sumidero del CO₂.

Valorización de las biomasas microbianas generadas: las biomasas bacterianas, fúngicas y de algas resultantes de la valorización biotecnológica también tienen su utilidad. Estas pueden ser empleadas para formular productos con un perfil nutricional estandarizado, abriendo oportunidades en la industria del formulado de alimentos humanos y animales. Contribuyendo a una gestión más eficiente de los recursos.

Generación de Gas de Síntesis: Cerrando el Ciclo de Valorización Finalmente, aquellos compuestos que no pueden ser digeridos mediante procesos fermentativos pueden ser destinados a una valorización adicional mediante la generación de gas de síntesis. Este gas, que se obtiene a través de procesos específicos, puede ser empleado como commodity en la industria química o como fuente de energía renovable, completando así el ciclo de valorización integral de la biomasa residual del maíz.

Conclusión

La valorización integral de la biomasa residual de los cultivos extensivos representa una oportunidad prometedora para transformar un desecho en una fuente de recursos valiosos. Mediante técnicas de extracción selectiva y procesos biotecnológicos, es posible obtener una amplia variedad de compuestos con aplicaciones en diversas industrias, desde textiles hasta farmacéuticas y que permite transformar un modelo productivo tradicionalmente lineal a un modelo circular de residuo cero.