Los investigadores y las industrias europeas están poniendo a trabajar a los insectos, desde termitas que destruyen edificios de madera hasta larvas de insectos que son compostadores de «excrementos» estrella. Envases, cosméticos, productos farmacéuticos y piensos para animales son sólo algunos de los productos que se esfuerzan por fabricar para nosotros.
por Susan Langthorp, Horizon: la revista de investigación e innovación de la UE
Los insectos son fascinantes. El clásico círculo de la vida que todos aprendimos en la clase de biología se compone de cuatro etapas completamente diferentes: huevo, larva, pupa y adulto . La mariposa es sólo un ejemplo con un adulto espectacularmente hermoso y una oruga que puede crecer 100 veces su tamaño en la etapa larvaria.
«En pocas palabras, los insectos son comedores y reproductores prolíficos y, afortunadamente para nosotros, algunos son brillantes recicladores de desechos», afirmó Stéphanie Baumberger, profesora de química verde en el Instituto de Tecnología para las Ciencias de la Vida, la Alimentación y el Medio Ambiente de París (AgroParisTech). , Francia. Ella y su equipo del proyecto Zelcor aprovecharon la capacidad de las termitas para digerir la lignina , el material leñoso de las paredes celulares de las plantas. Conocida por causar daños a los edificios, toda la colonia de termitas nunca duerme y se alimenta constantemente de su dieta básica, la madera.
La lignina es el principal material que da estructura a las plantas. Sin lignina, una planta no podría mantenerse erguida. En los árboles, la lignina es particularmente importante ya que la madera y la corteza se componen principalmente de lignina: es rígida y no se pudre fácilmente. Pero esto tiene una desventaja; La lignina es relativamente indestructible y, por tanto, supone un desafío para los esfuerzos por producir energía sostenible y productos químicos de alto valor a partir de residuos biológicos.
Termitas: expertos en reciclaje de biorresiduos
«Alimentamos a las termitas con residuos biológicos de lignina para convertirlos en bioproductos intermedios de alto valor añadido», destacó el profesor Baumberger. «Utilizamos principalmente residuos de biorrefinerías de lignocelulosa y también incluimos material no utilizado de la pulpa de madera en las fábricas de papel», añadió.
Las refinerías literalmente hacen lo que sugiere la palabra. Refinan un producto hasta que sea puro. Una biorrefinería de lignocelulosa opera con materiales de biomasa seca como paja de trigo, sauce, arce, eucalipto y álamo oriental. A medida que avanza el proceso, se aíslan diferentes productos intermedios o corrientes secundarias.
Hasta ahora todo bien, pero hay muchos residuos producidos por una biorrefinería que no se pueden descomponer fácilmente. El profesor Baumberger continuó: «Los residuos de lignina son conocidos como recalcitrantes porque son difíciles de descomponer. La producción de estos productos intermedios que no se descomponen es un gasto considerable en términos de operación de biorrefinería y huella de carbono».
Para hacer frente a los residuos de las refinerías de lignina, el equipo de Zelcor diseñó una innovadora unidad de cría de termitas para respetar la compleja organización social de la colonia manteniendo las mejores condiciones de vida de los insectos. La temperatura óptima resultó ser de 27°C con una humedad pegajosa del 80%, lo cual no es sorprendente, ya que las termitas prosperan en lugares cálidos y húmedos.
«Las termitas que utilizamos no son todas iguales», informó el profesor Baumberger. «Para seleccionar los insectos más productivos, primero los examinamos para determinar cuáles eran los más adecuados para un biorreactor. Además, se optimizó la dieta de los insectos. A las termitas les gusta naturalmente alimentarse de material que contenga un alto porcentaje de celulosa, por lo que alimentarlas con residuos ricos en lignina fue un desafío», explicó.
La lignina entra, los cosméticos y los envases salen en cascada
Los productos de alto valor quitina y quitosano derivado de quitina se recogen de la unidad de cría separando los diferentes componentes de la termita. La producción de quitina y quitosano es parte de una transformación en cascada de lignocelulosas.
En este sentido, la cascada significa que el flujo lateral de una etapa de transformación se utiliza como materia prima de la siguiente. «De esta manera, las biorrefinerías de lignocelulosa se convierten en cero residuos al integrarse con un biorreactor basado en termitas», afirmó el profesor Baumberger.
«El quitosano es biodegradable, biocompatible, tiene una baja toxicidad y además tiene propiedades antimicrobianas y antioxidantes», afirmó el profesor Baumberger. Este impresionante CV le otorga un gran potencial en las industrias médica, cosmética y de envasado de alimentos.
Además, los productos extraídos de lignina de las primeras etapas en cascada proporcionan una alternativa a los aditivos sintéticos generalizados que tienen impactos potencialmente negativos sobre la salud y el medio ambiente marino. La hormona que imita al bisfenol A , por ejemplo, puede tener muchos efectos tóxicos, incluida la infertilidad y las enfermedades cardíacas, y está presente en muchos plásticos de los envases.
Los productos finales de alto valor incluyen los productos químicos utilizados en las cremas para la piel. El quitosano tiene la capacidad de formar películas y sacos o vesículas llenos de líquido. Por lo tanto, es un buen candidato para transportar moléculas activas en cosméticos y fijarlas en la piel seca, por ejemplo, para lograr efectos duraderos. «Las cremas son emulsiones de aceites con agua», explicó el profesor Baumberger, «y el quitosano forma una estructura en esta mezcla especial que atrapa los ingredientes activos en su interior».
Los envases de alimentos también pueden ser benefactores. Una capa de quitosano ofrece la opción de aquellos portadores de aditivos antioxidantes y antimicrobianos en los alimentos. La mejora de la conservación de los alimentos significa una vida útil más larga. Además, el quitosano también es biodegradable y tiene baja toxicidad. Su actividad antimicrobiana lo convierte en un posible candidato a ser constituyente de cápsulas, recubrimientos y geles para aceites esenciales aromáticos .
«La fusión de empresas privadas como Ynsect con el poder académico de los institutos INRAE y la Université Paris-Est Créteil Val de Marne creó la sinergia para que la iniciativa fuera un éxito rotundo», subrayó el profesor Baumberger. «Hemos desarrollado la base de nuevas cadenas de valor para crear productos sostenibles a partir de residuos de origen biológico en sólo cuatro años».
Los recicladores de la naturaleza son «quisquillosos» con la comida
Las larvas de insectos también pueden convertir los recursos de desecho en productos útiles. Los científicos del proyecto InDIRECT han utilizado dos famosos candidatos a la descomposición de residuos del mundo de las 6 patas. «Nuestro enfoque fue utilizar las larvas de la mosca soldado negra y el gusano menor de la harina para transformar diferentes formas de residuos biológicos (hojas verdes, frutas y verduras, por ejemplo) en una mezcla homogénea que luego se convierte en productos útiles», dijo el Dr. Leen Bastiaens, investigadora en química sostenible de VITO , el Instituto Flamenco de Investigación Tecnológica, en Bélgica.
La mosca soldado negra , Hermetia illucens, no es una plaga como la mosca doméstica. Su función ecológica en el medio ambiente es descomponer el material en descomposición y devolver sus nutrientes al suelo. Una hembra adulta pone hasta 600 huevos a la vez y las larvas pueden utilizar una variedad de materia orgánica como alimento y, como la oruga, tienen un apetito voraz.
También un descomponedor, el gusano menor de la harina , Alphitobius diaperinus, es en realidad un escarabajo. Vive en plantas procesadoras de cereales, donde no es bienvenido, y también se encuentra comúnmente en gallineros, donde alberga varios patógenos y parásitos peligrosos para las aves.
Al igual que la mosca soldado negra, el «fama» del gusano menor de la harina en el mundo de la investigación se debe a su capacidad para descomponer una variedad de desechos orgánicos.
Había que optimizar el alimento para los insectos y sus larvas. «No todos los arroyos secundarios son adecuados para el crecimiento de insectos», señaló el Dr. Bastiaens. «No se conocen modelos digestivos de insectos que puedan usarse para equilibrar la alimentación de forma teórica, por lo que tuvimos que probar diferentes regímenes alimentarios. Sin embargo, tuvimos que tener cuidado. Aunque a las larvas de la mosca soldado negra les gustan las frutas, definitivamente no les gusta». «No me gustan las cáscaras de plátano debido a las fibras», informó.
El equipo del Dr. Bastiaens también utilizó el enfoque directo cuando se utilizan larvas enteras como materia prima. «Produjimos más de una tonelada de larvas durante el proyecto. Esto fue posible porque teníamos dos granjas de insectos operativas durante el proyecto: una a nivel piloto para la mosca soldado negra y la otra para el gusano menor de la harina operada a nivel piloto e industrial». Ella explicó.
Los productos de alto valor provenientes de las biorrefinerías abundaban. «Las larvas son capaces de concentrar proteínas y lípidos y, por tanto, mejorar estos compuestos», afirma el Dr. Bastiaens.
La quitina se extrae de la cubierta externa rígida de las larvas, el exoesqueleto , y luego se transforma en diversas moléculas útiles, derivados de la quitina, incluido el quitosano. El Dr. Bastiaens nos habló del trabajo adicional sobre el quitosano que completó el equipo: «Demostramos las propiedades antimicrobianas de diferentes oligopolímeros de quitosano, mezclas de dos o más cadenas moleculares cortas. Curiosamente, cuanto más corta es la cadena, más bioactivos son».
Tanto las fracciones enriquecidas con proteínas como con lípidos se mostraron muy prometedoras como ingredientes bioactivos para aplicaciones de alimentación animal . Además, las proteínas de los insectos podrían sustituir al fenol , un componente de la resina de la madera contrachapada utilizada para muebles. Su sustitución significa vías fluviales más limpias, ya que el fenol es un contaminante reconocido.
InDIRECT finalizó en 2019 pero el trabajo continúa con el proyecto Petsect financiado por el gobierno flamenco. Ahora los investigadores se centran en alimentos para mascotas compuestos de larvas de insectos . VITO, socio del proyecto, sigue perfeccionando productos compuestos del exoesqueleto de quitina de las larvas. La Dra. Bastiaens resumió sus sentimientos sobre el trabajo realizado por su equipo: «Para mí, la parte más emocionante de la investigación es que todas las partes interesadas y los usuarios finales se reunieron para adaptar los productos a la demanda del mercado».
El uso de insectos para descomponer los desechos de madera crea toda una gama de productos sostenibles. Este trabajo tiene como objetivo aumentar la viabilidad económica de las bioindustrias y facilitar el paso de una sociedad dependiente de los combustibles fósiles hacia una economía circular en la que los residuos se consideren un recurso valioso.
