07 May 2018

¿Cómo convertir plumas de pollo en un producto rentable y sostenible?

¿Cómo convertir plumas de pollo en un producto rentable y sostenible?


AUTOR

María de los Angeles Gutiérrez

Diamond V

En todo el mundo, la industria de procesamiento avícola genera gran cantidad de subproductos de plumas anualmente. Las plumas de pollo se consideran desechos, aunque a menudo se procesan pequeñas cantidades en productos valiosos como harina de plumas y fertilizantes. Los residuos restantes se eliminan mediante incineración o enterramiento en vertederos controlados. La eliminación inadecuada de estos desechos biológicos contribuye al daño ambiental y la transmisión de enfermedades.

Las presiones económicas, posiciones ambientales, el creciente interés en el uso de materias primas renovables y sostenibles, y la necesidad de disminuir la dependencia de los recursos petrolíferos no renovables hacen que la industria encuentre mejores formas de lidiar con las plumas de desecho.

Una mirada más de cerca a la estructura y composición de las plumas muestra que la parte completa de una pluma de pollo (raquis y barba) se puede usar como fuente de una proteína estructural pura llamada queratina que se puede explotar para convertirla en una variedad de bioproductos de alto valor.

Además, se pueden usar varias tecnologías para convertir otros componentes biológicos de plumas en productos de alto valor agregado. Por lo tanto, la conversión de los desechos en productos valiosos puede hacer que las plumas sean una materia prima atractiva para la producción de bioproductos.

Sin embargo, antes de que se puedan desarrollar nuevos productos, las plumas de pollo que se contaminaron con sangre y tejido muscular, durante el proceso de desplumado mecánico en las plantas de sacrificios locales, se deben limpiar y desinfectar. Para realizar este procedimiento, los investigadores han estado experimentando con diversas técnicas térmicas y solventes químicos, incluidos los no tóxicos. Una vez que las plumas están limpias y secas para trabajar, se convierten en polvo o líquido a través de una variedad de procesos que pueden implicar el congelamiento a temperaturas de -80°C (menos 112F°112) para eliminar el agua y las grasas.

En este estudio, realizado por un investigador de Etiopia y dos de Sudáfrica, se revisan las posibilidades de beneficio de las plumas de pollo en productos de alto valor. Dado que las plumas de la industria avícola son fuentes ricas en proteínas de queratina y aminoácidos, los investigadores creen que son un recurso valioso; su valorización puede resultar en su conversión sostenible en materiales y productos de alto valor con la condición de que existan o se desarrollen tecnologías rentables para convertirlo desperdicio en productos útiles.

Plumas en fibra, hilo y telas
Plumas en industrias automotrices y de aviación
Las modernas industrias de ciencia de materiales están buscando materias primas livianas, de bajo costo y biodegradables para la fabricación de diferentes partes de automóviles y aviones que utilizan materiales ambientalmente sustentables. En la actualidad, la mayoría de las piezas de automóviles y aviones están hechas de materias primas a base de petróleo. Debido a la notable resistencia (debido al alto contenido de cisteína de la proteína queratina y propiedades de bajo precio, naturaleza ligera y mejor calidad), las plumas se pueden usar para producir materiales compuestos para su uso en industrias automotrices y de aviación como en los tableros de instrumentos, partes de automóviles, asientos y amortiguación, revestimientos interiores para reducir su peso y fortalecerlos.

Plumas en otras aplicaciones textiles
Debido a su propiedad térmica, calor, capacidad de pelusa, suavidad, capacidad de drapeo, resistencia al fuego, capacidad de lavado y durabilidad, las plumas de pollo se pueden usar para rellenar materiales en ropa de invierno y fabricación de telas no tejidas y la queratina hidrolizada de plumas de pollo desechadas podría ser utilizado en la cationización de la tela y el tratamiento posterior en el proceso de teñido textil.

Los científicos están investigando formas de procesar productos de desecho agrícolas y de la industria alimentaria en productos de consumo significativos, reemplazando fibras naturales, fibras sintéticas y salvando árboles en el procesamiento de textiles. El área de superficie, la dureza, la flexibilidad, el diámetro fino y la durabilidad de la pluma de pollo hacen que las plumas valgan recursos valiosos para reemplazar las costosas fibras naturales, la pulpa de madera y las fibras sintéticas.

Industria del plástico y embalaje
Plumas en plásticos biodegradables
Existen dos tipos de plásticos: termoplásticos y plásticos termoendurecibles. Los termoplásticos incluyen poliestireno, cloruro de polivinilo, nylon, polietileno, etc. y docenas de otros tipos. Un termoplástico es un material que se torna blando cuando se calienta y se endurece cuando se enfría, mientras que los plásticos termoestables se endurecen y derriten una vez y no se pueden volver a fundir: ejemplos incluyen resina epóxica, melamina formaldehído, urea formaldehído, etc. Los plásticos termoestables y termoplásticos están hechos para la mayor parte de ingredientes obtenidos del petróleo crudo o gas natural. Los investigadores están trabajando para descubrir ingredientes no fósiles como una opción, a causa de las preocupaciones sobre el mantenimiento del petróleo, los suministros y los costos.

Las plumas en los materiales de embalaje
Los productos a base de petróleo en los envases han sido motivo de preocupación en relación con la salud del medio ambiente y la economía en los países. No solo el petróleo es un recurso caro y no renovable, sino que la fabricación, el uso y la eliminación de los envases de petróleo crudo pueden tener un impacto nocivo en el medio ambiente. Las plumas de pollo podrían ser una buena fuente de materias primas para reemplazar los productos derivados del petróleo. La queratina se podría usar para reemplazar el combustible fósil en algunos productos. La utilización de plumas de pollo como materia prima para la fabricación de material de embalaje nunca puede ser un reemplazo completo para el petróleo. Sin embargo, cualquier reducción en el uso del petróleo sigue siendo una de las principales.

Plumas en la producción de biocombustibles
Los materiales geotextiles a menudo se usan en sitios de construcción de carreteras, sitios de construcción, áreas agrícolas y otras áreas que han descubierto tierras, donde se requiere la estabilización del suelo. Este material es necesario para conservar el paisaje y evitar la eliminación de sedimentos durante la lluvia y para mantener los nutrientes en su lugar. Existe una necesidad de materiales geotextiles biodegradables y de bajo costo debido al alto costo y el impacto ambiental del control de la erosión sintética. Una posibilidad es el desarrollo de hilos, tejidos de punto y telas no tejidas de fibras de plumas. Los materiales geotextiles de plumas de pollo pueden ser fuertes y muy rígidos debido a la propiedad de la queratina resistente de las plumas, por lo que cuando se coloca en el suelo, el material geotextil conserva el suelo. Debido a la capacidad de retención de agua de la fibra de plumas, los materiales podrían aumentar el contenido de humedad del suelo y también disminuir la compactación del suelo ya que las plumas ocupan más espacio. Para una restauración ecológica exitosa de hábitats, todas estas son propiedades críticas.

Producción de bioenergía
En el mundo, el hombre se enfrenta a dos desafíos principales, la eliminación de desechos y la necesidad de una fuente abundante de energía limpia. La solución perfecta para ambos problemas es convertir los residuos en energía, lo que podría reducir significativamente las emisiones de carbono al tiempo que reemplaza la necesidad de combustibles fósiles. La soja, el maíz, el girasol y la semilla de algodón son las principales fuentes de energía renovable a través de la producción de biodiesel. El uso de estas materias primas enfrenta problemas sociales, disponibilidad y rentabilidad. Por lo tanto, encontrar materias primas no alimentarias alternativas es una prioridad. Las plumas de pollo contienen cantidades sustanciales de grasa que se podrían procesar para la producción de biodiesel a partir de harina de plumas. La producción de biodiesel, las grasas se pueden extraer de la harina de plumas por extracción con solventes y posteriormente se transesterifica en biodiesel usando catalizadores, nitrógeno y metanol. A partir de la enorme cantidad de plumas de pollo de desecho que se generan en todo el mundo, se puede estimar que se pueden generar cientos de millones de litros de biodiesel a partir de los desechos. Esta energía de los desechos podría reducir las emisiones de carbono en un gran porcentaje al tiempo que reemplaza la necesidad de grandes cantidades de petróleo.

Plumas en la producción de biogás
Plumas en la producción de biohidrógeno
Las plumas de pollo contienen altas cantidades de elementos de proteína cruda, carbono, nitrógeno e hidrógeno. Las proteínas están compuestas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, que son hidrolizados por las proteasas al descomponerse. Los productos de degradación incluyen ácidos orgánicos de cadena corta o ramificada, NH3, CO2 y H2. La sostenibilidad energética y el aumento alarmante de la contaminación de los combustibles fósiles son los principales desafíos que enfrenta la industria energética en el mundo. La bioenergía es una alternativa sostenible, prometedora y ecológica a la energía de combustibles fósiles. El hidrógeno se ha proyectado como uno de los portadores de energía renovable más prometedores, emitiendo solo vapor de agua como subproducto. Sin embargo, los procesos industriales actuales para la producción de hidrógeno utilizan combustibles fósiles a través del reformado con vapor, la pirólisis, el reformado autotérmico, la descomposición térmica, la oxidación catalítica y la gasificación con vapor. Dado que la producción actual aumenta las emisiones de gases de efecto invernadero, la producción de gas de hidrógeno a partir de biomasa a través de vías biológicas será una tecnología emergente. La presencia de hidrógeno en las plumas de pollo se puede utilizar como materia prima para la producción de gas de hidrógeno para reemplazar el combustible fósil.

Plumas en aplicaciones de almacenamiento de combustible
El hidrógeno, el componente más simple y abundante en el universo, ha sido promocionado durante mucho tiempo como una opción de energía limpia y amplia para los combustibles fósiles. Cuando el hidrógeno reacciona con diferentes componentes, se forman numerosos compuestos, una porción de los básicos son: metano (CH4), amoníaco (NH3), agua (H2O), ácido clorhídrico (HCl), peróxido de hidrógeno (H2O2) y el azúcar de mesa (C12H22O11). Desafortunadamente, debido a su propiedad física (el elemento más ligero y la densidad de energía volumétrica muy baja), es difícil almacenar y transportar hidrógeno. Los investigadores se han esforzado por diseñar formas de almacenar gas de hidrógeno a bordo de vehículos a pesos, presiones y temperaturas razonables, para reducir significativamente los gastos de una infraestructura de hidrógeno. Por otro lado, las alternativas utilizadas para almacenar hidrógeno, como los hidruros metálicos y los nanotubos de carbono, a menudo son muy costosas. Por lo tanto, el mundo necesita un material ligero y económico que pueda unir y liberar hidrógeno para ayudar a los autos a usar combustible de hidrógeno en el futuro; uno de estos materiales puede ser plumas de pollo. Las plumas pueden no tener la oportunidad de ser el combustible, pero podrían ayudar a almacenarlo.
Las plumas de pollo se componen principalmente de proteína de queratina, la misma proteína que se encuentra en garras, picos, uñas y escamas, una proteína natural que forma tubos ligeros, fuertes y huecos. Cuando se calienta, la queratina resulta ser más permeable, expandiendo su territorio superficial, forma tubos huecos entre las fibras y crea un enlace cruzado que fortalece su estructura; estas características aumentan su capacidad para unir y almacenar hidrógeno. Por lo tanto, para almacenar y liberar el gas, uno puede bombear gas hidrógeno a la pluma a alta presión, y uno simplemente lo presuriza o aumenta la temperatura, respectivamente.

Productos farmacéuticos e ingeniería biomédica
Las plumas contienen grasas que son una buena fuente de colesterol. El colesterol es un esteroide que se encuentra principalmente en la médula espinal, y constituye el 10% de la materia seca en el cerebro, y juega un papel importante en el metabolismo. El colesterol es necesario para el correcto funcionamiento del cuerpo y para producir hormonas. El colesterol de plumas de pollo se podría usar como un bloque de construcción para la síntesis de diferentes productos farmacéuticos. Por ejemplo: El colesterol puede ser un pionero en la producción de vitamina D3.

Plumas en la ingeniería biomédica
La aceptabilidad por parte del cuerpo humano es el primer requisito esencial de los materiales que se utilizarán en aplicaciones biomédicas. El 91% de las fibras de pollo son proteínas queratínicas, y esta proteína es la base de diferentes aplicaciones biomédicas, desde los portadores de suministro de fármacos hasta la ingeniería de tejidos y el autoensamblado andamios nanofibros. El comportamiento químico, biológico y las propiedades físicas de estos biomateriales contribuyen al uso de plumas de pollo para aplicaciones biomédicas. Estas propiedades incluyen biodegradabilidad, bioreabsorbilidad, biocompatibilidad, esterilización, funcionalidad, autoensamblaje y capacidad de fabricación, así como propiedades mecánicas y térmicas. Los fenómenos de aceptabilidad, biocompatibilidad y autoensamblaje son evidentes en la superestructura altamente preservada de la proteína queratina y son responsables de la porosidad de dimensionalidad reproducible y la arquitectura de las plumas, cuando se procesan correctamente. Además, los biomateriales de queratina derivados de plumas de pollo son capaces de soportar la unión celular ya que podrían poseer motivos de ésta, tales como ácido glutámico-ácido aspártico y residuos de unión ácido leucina-aspártico-valina.

Las Plumas en aplicaciones cosméticas
La industria de la belleza tiene una larga historia de uso de ingredientes inusuales, uno de esos es la queratina que está disponible para su uso en productos de belleza. La queratina hidrolizada se ha convertido en un ingrediente cosmético típico. La capacidad fundamental de la queratina es proteger la corteza de la célula humana de las lesiones provocadas por factores, por ejemplo, el calor, el mantenimiento diario y los productos químicos. La aplicación tópica de queratina hidrolizada proporciona un notable incremento en la flexibilidad e hidratación de la piel. Numerosos tipos de plantas e hidrolizados de proteínas animales se han utilizado como parte de los productos de reparación del cabello además en agentes embellecedores de la piel; Incluyen la proteína de trigo y la queratina de lana, uñas y cuernos. Dado que las plumas de pollo contienen queratina y aminoácidos, sus hidrolizados se pueden usar en el tratamiento del cabello y en procedimientos de tratamiento de la piel.

Plumas en la producción de enzimas
Las queratinas son la proteína estructural más abundante y son componentes de los tejidos epidérmico y esquelético. La queratinasa es una enzima proteolítica que ataca los puentes disulfuro para convertir la queratina de formas complejas a formas simplificadas. Las queratinasas se usan en una amplia variedad de aplicaciones, como desollar pieles en la fabricación de cuero, fertilizantes o nutrientes animales en la industria agrícola, suplementos alimenticios en la industria alimentaria, procesamiento textil, detergentes y en las industrias biomédica y farmacéutica. Por lo tanto, las plumas de pollo se podrían utilizar como materia prima para producir enzimas queratinasas baratas, ya que contienen un alto contenido de proteínas, y la queratina es la materia prima de la queratinasa.

Plumas en la purificación de aguas residuales
Las plumas de pollo se podrían usar para la purificación del agua debido a sus propiedades inherentes: dureza estructural, estabilidad en un amplio rango de pH, insolubilidad en el agua y alta resistencia a la tracción. Sus propósitos de absorción serán satisfactorios para la eliminación de metales pesados (p. Ej., Cobre, Selenio y Zinc), compuestos orgánicos tóxicos y colorantes en agua, debido a la naturaleza higroscópica de la proteína queratina. Después de la extracción de la queratina de las plumas de pollo, las esponjas se pudieron preparar usando la dilución de la queratina extraída seguida de liofilización. La esponja puede ser útil, por ejemplo, en la limpieza de derrames de petróleo en el agua.

Plumas en componentes eléctricos
El objetivo actual de ingeniería de materiales y ciencia es encontrar materiales de bajo costo, livianos y biodegradables. Para conducir cualquier clase de electricidad, uno debe tener una presencia de electrones que se muevan libremente dentro de una sustancia (como metales), iones (como en el agua) en un fluido electrolítico. No obstante, las plumas de pollo carecen de contenido de humedad; por lo tanto, tienen muy buenas propiedades de resistencia eléctrica, lo que las hace buenas candidatas para ser usadas como materiales aislantes. Las plumas están hechas de proteína de queratina, que está en forma de fibra y son extremadamente ligeras; son huecas y lo suficientemente resistentes como para resistir las tensiones mecánicas y térmicas debido al compuesto de queratina, y la hélice estructurada junto con su bajo costo se podría considerar una materia prima ideal para desarrollar materiales microporosos uniformes con una gran superficie materiales de electrodo que también son ecológicos. Los materiales dieléctricos se utilizan en una variedad de aplicaciones que incluyen aislamiento, encapsulado, placas de circuitos impresos, condensadores y otros dispositivos. Para que el material sea dieléctrico, debe tener una estructura hueca o porosidad. Como no ofrece resistencia, se considera que el aire es un material dieléctrico perfecto con una constante dieléctrica mínima de 1. Hay muy pocos materiales dieléctricos en el uso actual que tengan una constante dieléctrica cercana a 1, por ejemplo, porcelana, vidrio y la mayoría de los plásticos. Como las plumas contienen estructuras huecas, podrían ser útiles como materiales dieléctricos.

Por lo tanto, el uso de plumas de desecho como un recurso valioso puede ayudar a la industria avícola a deshacerse de las plumas de desecho de una manera ambientalmente sostenible que también genere ingresos adicionales para la industria. Su valorización puede dar lugar a su conversión sostenible en materiales y productos de alto valor a condición de que exista o se desarrollen tecnologías rentables para convertir estos residuos en productos útiles.

Referencias: Valorisation of chicken feathers: a review on recycling and recovery route—current status and future prospects. Autores: Tamrat Tesfaye; Ethiopian Institute of Textile and Fashion Technology, Bahir Dar University, Bahir Dar, Ethiopia; Bruce Sithole; Discipline of Chemical Engineering, University of KwaZulu-Natal, Durban, South Africa; y Deresh Ramjugernath; Biorefinery Industry Development Facility, Natural Resources and the Environment, Council for Scientific and Industrial Research, Durban, South Africa.



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