Chicos: Su resumen en el cuaderno para realizar una actividad.
La industria textil, de la antigüedad a
la biotecnología moderna
El uso de hilos y tejidos tiene una larga historia. El uso del lino se
remonta a la Edad de Piedra en Europa meridional, en el Norte de Europa se
empleó la lana desde la Edad de Bronce, y la seda originaria de China se
fabrica hace más de 5000 años. Mucho tiempo después, desde el siglo XVIII, con
la revolución industrial y la invención de la máquina de vapor, se comenzaron a
fabricar y confeccionar telas a gran escala.
En la actualidad, la industria textil está constituida por subsectores
diferentes aunque interrelacionados, que producen, desde las fibras hasta
productos para el hogar. Cada subsector puede considerarse como una industria
por separado, aunque el producto que se obtiene en cada etapa de la producción
constituye el principal insumo de materia prima para la siguiente. En todas las
etapas se emplea una amplia variedad de tintes y otros compuestos químicos
(ácidos, bases, sales, agentes humectantes, colorantes), cuyos productos son
desechados en los efluentes, y pueden impactar en el ambiente.
Por esto, uno de los objetivos de los tratamientos textiles modernos es
obtener el efecto deseado en las fibras, utilizando procesos que conlleven el
mínimo impacto ambiental. Dentro de este contexto, se comenzaron a utilizar
diversos procesos biotecnológicos, mediante el empleo de enzimas. Éstas
cumplen el requisito de ser respetuosos con el medio ambiente (debido a que las
enzimas son biodegradables), actúan sobre moléculas específicas y actúan bajo
condiciones suaves.
Uso
de enzimas en la industria textil
En términos del proceso de fabricación, la industria textil puede
dividirse en cuatro etapas principales: 1) producción de la hebra; 2) hilado,
tejido; 3) acabado de los tejidos; y 4) fabricación del producto textil.
En la industria textil las enzimas se pueden aplicar tanto al
tratamiento de fibras proteicas naturales (lana y seda), como en fibras
celulósicas (algodón, lino y cáñamo) y en fibras sintéticas.
Estas enzimas se usan en las fases de hilado, teñido y acabado de los
tejidos con el objetivo de limpiar la superficie del material, reducir las
pilosidades y mejorar la suavidad.
En el siguiente esquema, se muestran las etapas de la fabricación de
telas y las enzimas utilizadas en cada etapa. La rama inferior muestra la
producción de tela Denim, con la que se confeccionan los jeans.
* Stone wash: Tipo de lavado industrial utilizando piedras que le da al
material un aspecto “usado” o “gastado”.
AMILASAS
Al comenzar el tratamiento de la fibra, se debe extraer el almidón que
la recubre (proceso llamado desengomado).
El proceso de desengomado convencional puede ser realizado por
hidrólisis (ruptura del almidón en presencia de agua), donde los productos
textiles son tratados con ácido, álcalis o agentes oxidantes. También se puede
eliminar por descomposición del almidón por fermentación, en agua con
microorganismos presentes en forma natural, que descomponen el almidón del
tejido.
Actualmente, estos tratamientos se encuentran en desuso debido a las
dificultades propias del método, dejando lugar al uso de las enzimas amilasas.
Las amilasas son enzimas que intervienen en la degradación del almidón. Para
ello se utilizan las amilasas bacterianas provenientes de Bacillus subtilis
y Bacillus lichenformis, las cuales son estables a altas temperaturas.
Para evitar la desnaturalización (pérdida de la estructura terciaria y
la función) de esta enzima durante el desengomado, primero se debe añadir agua,
calentar hasta alcanzar la temperatura óptima (entre 60 y 100ºC), establecer
el pH óptimo (neutro) y entonces añadir la enzima.
Según su temperatura óptima, se distinguen 3 grupos de amilasas:
• temperatura óptima de 60-70ºC: se utiliza para el desengomado en un
baño de larga duración que dura entre 2 a 6 horas.
• temperatura óptima de 80ºC: usadas en máquinas de lavado continuo por
algunos minutos.
• temperatura óptima 100ºC: tratamientos con vapor por 1 a 2 minutos.
LIPASAS
Son enzimas que degradan lípidos y son usadas en la industria textil,
junto con las amilasas, para el desengrasado de las fibras.
PECTINASAS
En el tratamiento de las fibras de algodón, se deben extraer las
pectinas de la pared de las células primarias del algodón. Las enzimas
pectinasas (que degradan esta sustancia) son utilizadas en el lavado alcalino
del algodón. Numerosos estudios realizados muestran que un tratamiento usando
solamente pectinasa, seguido por un enjuagado en agua caliente, es capaz de
hacer que la fibra de algodón se vuelva hidrófila y absorbente, facilitando su
posterior utilización.
CATALASAS
En la industria textil la catalasa es utilizada para descomponer en
oxígeno y agua el peróxido de hidrógeno (H202) residual después del blanqueo de
las fibras de algodón. La remoción de este producto es necesaria para que las
fibras puedan luego ser teñidas. La catalasa es una enzima que se encuentra en
organismos vivos y su empleo disminuye el consumo de productos químicos, de
energía y de agua.
Después del blanqueo, se produce el enjuague, se aplica ácido acético y
se aplica la catalasa en un baño nuevo o en propio baño de teñido por
aproximadamente 10 minutos, a temperaturas entre 20 y 50ºC, con un pH de entre
6 y 10.
PEROXIDASAS
Los restos de peróxido de hidrógeno utilizados en la etapa de blanqueo,
en contacto con pigmentos sensibles a la oxidación, pueden provocar pequeñas
alteraciones en la tonalidad causando reducción en el color. En el proceso
convencional, los residuos de peróxido de hidrógeno son removidos a través de
varios enjuagues o de la adición de un reductor inorgánico, el cual causa gran
carga de sales en los efluentes. Para minimizar este efecto, se utilizan las
peroxidasas que reducen el peróxido de hidrógeno. La cantidad de enzimas usada
es menor que la cantidad de agente reductor inorgánico y no causan problemas
ecológicos, como la elevada carga de sales.
Las peroxidasas también pueden ser utilizas después del teñido, para la
reducción de colorantes residuales.
CELULASAS
Las fibras están compuestas básicamente de celulosa la cual, al ser un
material no biodegradable, constituye un problema para el posterior tratamiento
de efluentes.
Las celulasas son enzimas que degradan las fibras de la superficie
(fibras sueltas y microfibrillas) haciendo a los tejidos más lisos y
blandos.
También son usadas para producir la apariencia “stonewashed” en los
jeans. Tradicionalmente esta apariencia en los tejidos Denim (nombre de la tela
con que se realizan los jeans) es otorgada por un proceso que utiliza
piedra-pómez para desgastar el color localmente por roce. Este proceso presenta
muchas desventajas ya que causan el desgaste rápido y rotura de las máquinas
utilizadas, provocan gran abrasión empeorando la calidad de la tela y causan
problemas ambientales ya que se generan efluentes no biodegradables.
La ventaja en la utilización de celulasas en el proceso de desgaste del
jean en relación al proceso convencional, es que no causa gran degradación de
la fibra como la piedra-pómez y el desgaste es más uniforme.
Las celulasas son utilizadas juntamente con las piedras o
sustituyéndolas totalmente.
El procedimiento general para su aplicación consiste en:
• introducción de los artículos de celulosa en la máquina
• ajuste de las condiciones del baño de tratamiento con pH entre 5,5 y
8,0 y temperaturas de 50 a 60ºC
• adición de la enzima y control de las condiciones de reacción (tiempo,
temperatura, pH y agitación mecánica)
• interrupción de la actuación de la enzima: agregando carbonato de
sodio y/o aumentando la temperatura hasta 80ºC durante 10 minutos
Al culminar este proceso, se suele realizar un tratamiento de limpieza
con un agente blanqueante para resaltar los contrastes y eliminar la reposición
de microfibras teñidas de color azul que enmascaran el efecto logrado.
Estas enzimas no sólo se utilizan en el proceso de stone-wash de telas para
jeans, sino que también se utilizan en telas destinadas a la confección de
blusas y faldas, porque el proceso enzimático les otorga una textura
aterciopelada similar a la seda natural.
LACASAS
Son enzimas del tipo fenol-oxidasa dependiente de cobre que tiene la
capacidad de catalizar reacciones de desmetilación. Este es un paso importante
en la biodegradación de polímeros que contengan grupos aromáticos fenólicos.
Debido a esta propiedad, la lacasa es utilizada en la oxidación del
índigo (colorante de tipo fenólico) en la preparación de telas para jeans. Esta
enzima es extraída de hongos, como Trametes hirsuta y Sclerotium rolfsii .
Además, en procesos de oxidación de muchos compuestos (principalmente de
compuestos fenólicos) la lacasa presenta una gran especificidad para un gran
número de compuestos no biodegradables, por lo cual se empezó a utilizar en
tratamientos de efluentes industriales.
Uso de enzimas en el tratamiento de efluentes
Hoy en día, muchas enzimas son utilizadas por una gran diversidad de
tipos de industrias y esto no es ajeno a la industria textil. Tradicionalmente,
se han utilizado enzimas en el proceso de limpieza de las fibras. Ahora, las
enzimas como las proteasas, lipasas, celulasas y enzimas oxidativas, se
utilizan en el bioprocesamiento de fibras naturales, mientras que otras son
fundamentales en el tratamiento de efluentes derivados de esos procesos
La
industria textil es una de las mayores productoras de efluentes líquidos, los
cuales son tóxicos, contienen productos no biodegradables y también
resistentes a la destrucción por métodos de tratamiento físico-químico. Los
efluentes textiles poseen un elevado contenido de colorantes (10-15% de los
colorantes no fijados son enviados al río) y aditivos que generalmente son
compuestos orgánicos de estructuras complejas, no biodegradables.
Las enzimas aplicadas en la industria textil deben producirse a bajo
costo, ser estables en las condiciones de pH y temperatura en que se realizan
los tratamientos textiles, y de uso y manipulación segura. En esto, la
biotecnología moderna juega un rol importante al producir enzimas recombinantes
a gran escala por fermentación de microorganismos cuyo cultivo es conocido y
controlado. Por ejemplo, existen enzimas alfa amilasa y lipasas y celulasas
obtenidas a partir de microorganismos recombinantes.
Actualmente, son estudiadas nuevas alternativas que utilizan
microorganismos capaces de degradar de manera eficiente un gran número de
contaminantes a un bajo costo operacional para el adecuado tratamiento de
efluentes textiles. Un ejemplo es el Bacillus subtillis que
fue adaptado a un medio de cultivo artificial para biodegradar colorantes del
tipo "azo" bajo condiciones anóxicas (con deficiencia de oxígeno).
Estas bacterias utilizan el nitrato o nitrito como aceptor final de electrones,
posibilitando la oxidación biológica de colorantes "azo”. También se
utilizan bacterias, como Pseudomonas sp y Sphingomonas
sp, particularmente útiles en la degradación de azo-colorantes.
Los hongos de descomposición blanca, como Phanerochaete
chrysosporium, Pleorotus ostreatus, Trametes versicolor, Trametes hirsuta,
Coriolus versicolor, Pycnoporus sanguineus, Pycnoporus cinnabarinus, Phlebia
tremellosa, Neurospora crassa y Geotrichum candidum, son conocidos por
degradar varios tipos de colorantes textiles. Estos hongos poseen la capacidad
de mineralizar, además de la lignina, una variedad de contaminantes resistentes
a la degradación. Esta característica se debe a la acción de las enzimas
peroxidasas y lacasas producidas por ellos.
