BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA INDUSTRIA TEXTIL La industria textil, de la antigedad a la !i"te#n"l"g$a %"derna
El uso de hilos y tejidos tiene una larga historia. El uso del lino se remonta a la Edad de Piedra en Europa meridional, en el Norte de Europa se empleó la lana desde la Edad de Bronce, y la seda originaria de China se fabrica hace mas de 5000 aos. !ucho tiempo despu"s, desde el siglo #$%%%, con la re&olución industrial y la in&ención de la m'(uina de &apor, se comen)aron a fabricar y confeccionar telas a gran escala. En la actual actualida idad, d, la indust industria ria te*ti te*till est' est' consti constitui tuida da por subsec subsector tores es difer diferent entes es aun(ue aun(ue interr interrela elacio cionad nados, os, (ue produ producen cen,, desde desde las +bras +bras hasta productos para el hogar. Cada subsector puede considerarse como una industria por separado, aun(ue el producto (ue 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 &ariedad de tint tintes es y otro otross comp compues uesto toss (um (umic icos os -'ci -'cido dos, s, bases, bases, sales, sales, agent agentes es humec humecta tant ntes, es, colo colora rant ntes es,, cuyo cuyoss prod produc ucto toss son son dese desech chad ados os en los los e/uentes, y pueden impactar en el ambiente. Por esto, uno de los objeti&os de los tratamientos te*tiles modernos es obte obtene nerr el efec efecto to dese desead ado o en las las +bra +bras, s, util utili) i)an ando do proc proces esos os (ue (ue conlle&en el mnimo impacto ambiental. entro de este conte*to, se comen)aron a utili)ar di&ersos procesos biotecnológicos, mediante el empleo de en)imas. en)imas. 1stas cumplen cumplen el re(uisit re(uisito o de ser respetuosos respetuosos con el medi medio o ambi ambien ente te -deb -debid ido o a (ue (ue las las en)im en)imas as son biod biodeg egrad radab able les s,, act2an sobre mol"culas espec+cas y act2an bajo condiciones sua&es.
Es&ue%a de e%'le" de !i"te#n"l"g$a en 'r"#es"s industriales 3daptado de http4666.en(.ufsc.brlabsprobiodisc7eng7bio(trabalhos7pos8009te*t ilintroducao.htm
:so de en)imas en la industria te*til En t"rminos del proceso de fabricación, la industria te*til puede di&idirse en cuatro etapas principales4 ; producción de la hebra< 8 hilado, tejido< = acabado de los tejidos< y 9 fabricación del producto te*til. En la industria te*til las en)imas se pueden aplicar tanto al tratamiento de +bras proteicas naturales -lana y seda, como en +bras celulósicas -algodón, lino y c'amo y en +bras sint"ticas. Estas en)imas se usan en las fases de hilado, teido y acabado de los tejidos con el objeti&o de limpiar la super+cie del material, reducir las pilosidades y mejorar la sua&idad. En el siguiente es(uema, se muestran las etapas de la fabricación de telas y las en)imas utili)adas en cada etapa. >a rama inferior muestra la producción de tela enim, con la (ue se confeccionan los jeans.
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? @tone 6ash4 Aipo de la&ado industrial utili)ando piedras (ue le da al material un aspecto usado o gastado. A(ILASAS 3l comen)ar el tratamiento de la +bra, se debe e*traer el almidón (ue la recubre -proceso llamado desengomado . El proceso de desengomado con&encional puede ser reali)ado por hidrólisis -ruptura del almidón en presencia de agua, donde los productos te*tiles son tratados con 'cido, 'lcalis o agentes o*idantes. Aambi"n se puede eliminar por descomposición del almidón por fermentación, en agua con microorganismos presentes en forma natural, (ue descomponen el almidón del tejido.
3ctualmente, estos tratamientos se encuentran en desuso debido a las di+cultades propias del m"todo, dejando lugar al uso de las en)imas amilasas. >as amilasas son en)imas (ue inter&ienen en la degradación del almidón. Para ello se utili)an las amilasas bacterianas pro&enientes de Bacillus subtilis y Bacillus lichenformis, las cuales son estables a altas temperaturas. Para e&itar la desnaturali)ación -p"rdida de la estructura terciaria y la función de esta en)ima durante el desengomado, primero se debe aadir agua, calentar hasta alcan)ar la temperatura óptima -entre D0 y ;00C, establecer el pF óptimo -neutro y entonces aadir la en)ima. @eg2n su temperatura óptima, se distinguen = grupos de amilasas4 temperatura óptima de D0GH0C4 se utili)a para el desengomado en un bao de larga duración (ue dura entre 8 a D horas. temperatura óptima de I0C4 usadas en m'(uinas de la&ado continuo por algunos minutos. temperatura óptima ;00C4 tratamientos con &apor por ; a 8 minutos. LIPASAS @on en)imas (ue degradan lpidos y son usadas en la industria te*til, junto con las amilasas, para el desengrasado de las +bras. PECTINASAS En el tratamiento de las +bras de algodón, se deben e*traer las pectinas de la pared de las c"lulas primarias del algodón. >as en)imas pectinasas -(ue degradan esta sustancia son utili)adas en el la&ado alcalino del algodón. Numerosos estudios reali)ados muestran (ue un tratamiento usando solamente pectinasa, seguido por un enjuagado en agua caliente, es capa) de hacer (ue la +bra de algodón se &uel&a hidró+la y absorbente, facilitando su posterior utili)ación. CATALASAS En la industria te*til la catalasa es utili)ada para descomponer en o*geno y agua el peró*ido de hidrógeno -F 808 residual despu"s del blan(ueo de las +bras de algodón. >a remoción de este producto es necesaria para (ue las +bras puedan luego ser teidas. >a catalasa es una en)ima (ue se encuentra en organismos &i&os y su empleo disminuye el consumo de productos (umicos, de energa y de agua. espu"s del blan(ueo, se produce el enjuague, se aplica 'cido ac"tico y se aplica la catalasa en un bao nue&o o en propio bao de teido por apro*imadamente ;0 minutos, a temperaturas entre 80 y 50C, con un pF de entre D y ;0. PEROXIDASAS
>os restos de peró*ido de hidrógeno utili)ados en la etapa de blan(ueo, en contacto con pigmentos sensibles a la o*idación, pueden pro&ocar pe(ueas alteraciones en la tonalidad causando reducción en el color. En el proceso con&encional, los residuos de peró*ido de hidrógeno son remo&idos a tra&"s de &arios enjuagues o de la adición de un reductor inorg'nico, el cual causa gran carga de sales en los e/uentes. Para minimi)ar este efecto, se utili)an las pero*idasas (ue reducen el peró*ido de hidrógeno. >a cantidad de en)imas usada es menor (ue la cantidad de agente reductor inorg'nico y no causan problemas ecológicos, como la ele&ada carga de sales. >as pero*idasas tambi"n pueden ser utili)as despu"s del teido, para la reducción de colorantes residuales.
CELULASAS >as +bras est'n compuestas b'sicamente de celulosa la cual, al ser un material no biodegradable, constituye un problema para el posterior tratamiento de e/uentes. >as celulasas son en)imas (ue degradan las +bras de la super+cie -+bras sueltas y micro+brillas haciendo a los tejidos m's lisos y blandos. Aambi"n son usadas para producir la apariencia stonewashed en los jeans. Aradicionalmente esta apariencia en los tejidos enim -nombre de la tela con (ue se reali)an los jeans es otorgada por un proceso (ue utili)a piedraGpóme) para desgastar el color localmente por roce. Este proceso presenta muchas des&entajas ya (ue causan el desgaste r'pido y rotura de las m'(uinas utili)adas, pro&ocan gran abrasión empeorando la calidad de la tela y causan problemas ambientales ya (ue se generan e/uentes no biodegradables. >a &entaja en la utili)ación de celulasas en el proceso de desgaste del jean en relación al proceso con&encional, es (ue no causa gran degradación de la +bra como la piedraGpóme) y el desgaste es m's uniforme. >as celulasas son utili)adas juntamente con las piedras o sustituy"ndolas totalmente. El procedimiento general para su aplicación consiste en4 introducción de los artculos de celulosa en la m'(uina ajuste de las condiciones del bao de tratamiento con pF entre 5,5 y I,0 y temperaturas de 50 a D0C adición de la en)ima y control de las condiciones de reacción -tiempo, temperatura, pF y agitación mec'nica interrupción de la actuación de la en)ima4 agregando carbonato de sodio yo aumentando la temperatura hasta I0C durante ;0 minutos
3l culminar este proceso, se suele reali)ar un tratamiento de limpie)a con un agente blan(ueante para resaltar los contrastes y eliminar la reposición de micro+bras teidas de color a)ul (ue enmascaran el efecto logrado. Estas en)imas no sólo se utili)an en el proceso de stoneG6ash de telas para jeans, sino (ue tambi"n se utili)an en telas destinadas a la confección de blusas y faldas, por(ue el proceso en)im'tico les otorga una te*tura aterciopelada similar a la seda natural. LACASAS @on en)imas del tipo fenolGo*idasa dependiente de cobre (ue tiene la capacidad de catali)ar reacciones de desmetilación. Este es un paso importante en la biodegradación de polmeros (ue contengan grupos arom'ticos fenólicos. ebido a esta propiedad, la lacasa es utili)ada en la o*idación del ndigo -colorante de tipo fenólico en la preparación de telas para jeans. Esta en)ima es e*trada de hongos, como Trametes hirsuta y Sclerotium rolfsii . 3dem's, en procesos de o*idación de muchos compuestos -principalmente de compuestos fenólicos la lacasa presenta una gran especi+cidad para un gran n2mero de compuestos no biodegradables, por lo cual se empe)ó a utili)ar en tratamientos de e/uentes industriales. Us" de en)i%as en el trata%ient" de e*uentes Foy en da, muchas en)imas son utili)adas por una gran di&ersidad de tipos de industrias y esto no es ajeno a la industria te*til. Aradicionalmente, se han utili)ado en)imas en el proceso de limpie)a de las +bras. 3hora, las en)imas como las proteasas, lipasas, celulasas y en)imas o*idati&as, se utili)an en el bioprocesamiento de +bras naturales, mientras (ue otras son fundamentales en el tratamiento de e/uentes deri&ados de esos procesos -&er Cuaderno N =D y 9D. >a industria te*til es una de las mayores productoras de e/uentes l(uidos, los cuales son tó*icos, contienen productos no biodegradables y tambi"n resistentes a la destrucción por m"todos de tratamiento fsicoG (umico. >os e/uentes te*tiles poseen un ele&ado contenido de colorantes -;0G;5J de los colorantes no +jados son en&iados al ro y aditi&os (ue generalmente son compuestos org'nicos de estructuras complejas, no biodegradables. >as en)imas aplicadas en la industria te*til deben producirse a bajo costo, ser estables en las condiciones de pF y temperatura en (ue se reali)an los tratamientos te*tiles, y de uso y manipulación segura. En esto, la biotecnologa moderna juega un rol importante al producir en)imas recombinantes a gran escala por fermentación de microorganismos cuyo culti&o es conocido y controlado. Por ejemplo,
e*isten en)imas alfa amilasa y lipasas y celulasas obtenidas a partir de microorganismos recombinantes -&er cuaderno N H=. 3ctualmente, son estudiadas nue&as alternati&as (ue utili)an microorganismos capaces de degradar de manera e+ciente un gran n2mero de contaminantes a un bajo costo operacional para el adecuado tratamiento de e/uentes te*tiles. :n ejemplo es el Bacillus subtillis que fue adaptado a un medio de culti&o arti+cial para biodegradar colorantes del tipo Ka)oK bajo condiciones anó*icas -con de+ciencia de o*geno. Estas bacterias utili)an el nitrato o nitrito como aceptor +nal de electrones, posibilitando la o*idación biológica de colorantes Ka)o. Aambi"n se utili)an bacterias, como Pseudomonas sp y Sphingomonas sp, particularmente 2tiles en la degradación de a)oGcolorantes. >os 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 &arios tipos de colorantes
te*tiles. Estos hongos poseen la capacidad de minerali)ar, adem's de la lignina, una &ariedad de contaminantes resistentes a la degradación. Esta caracterstica se debe a la acción de las en)imas pero*idasas y lacasas producidas por ellos.
CONSIDERACIONES (ETODOL+GICAS Esta parte de la in&estigación trata tres aspectos fundamentales y relacionados4 - la acti&idad industrial y sus consecuencias en el ambiente, - el empleo de en)imas en la industria y en el ambiente - la limpie)a de la contaminación (ue produce la acti&idad industrial. 3 su &e), estos temas se &inculan con la biotecnologa moderna, ya (ue en todos los casos se pueden aplicar las nue&as tecnologas (ue emplean microorganismos o sus productos, ya sea para mejorar la producción, reducir la contaminación ambiental o limpiar el ambiente contaminado. Esto permite trabajar el tema desde diferentes enfo(ues. Podra introducirse el tema a partir de la clase de geografa o de economa, en cuanto a la acti&idad industrial y sus consecuencias en la sociedad. Por ejemplo, trabajar cómo fueron &ariando las acti&idades humanas a lo largo de la historia, cómo fue &ariando la interacción del hombre con su entorno, cómo el ambiente afectó y seleccionó diferentes caracteres humanos y cómo los humanos seleccionaron y modi+caron sus propios ambientes -desde su acti&idad de ca)adorGrecolector, los comien)os de la agricultura, la Le&olución %ndustrial, la Le&olución $erde, etc. Aambi"n se puede trabajar desde la biologa teniendo en cuenta el concepto de microorganismos y en)imas, su estructura y sus m2ltiples funciones -&er Cuaderno N =0, =9. Es interesante introducir el concepto de e*tremó+los, y las en)imas (ue se e*traen de estos organismos y se
emplean en la industria -&er Cuaderno N 5H. Este Cuaderno da ejemplos pr'cticos de la utilidad de las en)imas en la industria. Mtra alternati&a es introducir el tema a partir de considerar aspectos ambientales, el e(uilibrio del ecosistema, a(uellos factores, como los contaminantes, (ue alteran ese e(uilibrio, y las nue&as metodologas (ue emplea la biotecnologa para limpiar el ambiente -remediación, $er Cuaderno N =D, 9D, H y II. @e sugiere trabajar en clase el concepto de impacto ambiental como cual(uier alteración, positi&a o negati&a, de las propiedades fsicas, (umicas o biológicas del medio, causada por la acti&idad humana (ue, directa o indirectamente, puedan afectar el aire, el agua, el suelo, el clima, el paisaje y los seres &i&os, entre ellos el hombre, sus condiciones de &ida y sus propiedades culturales. Cuando el cambio (ue se produce en el ambiente pro&oca un dese(uilibrio en el ecosistema se habla de contaminacin . Mtro aspecto interesante para trabajar con los alumnos es el concepto de biodegradable . >os contaminantes biodegradables son a(uellos para los cuales e*isten mecanismos e+cientes de tratamiento natural, es decir (ue la naturale)a por s misma los descompone, dispersa o recicla r'pidamente -&er Cuaderno N 9I. E*isten compuestos sint"ticos (ue pueden ser degradados naturalmente por organismos (ue est'n en el ambiente. @in embargo, su composición (umica hace (ue el ritmo de degradación natural sea demasiado lento en comparación con el ritmo de acumulación en el ambiente, por lo (ue podran considerarse no biodegradables. Es importante aclarar con los alumnos (ue los microorganismos no act2an intencionalmente en bene+cio del hombre, sino (ue incorporan las sustancias del entorno como el resto de los seres &i&os, lo (ue les permite nutrirse y sobre&i&ir. >a utilidad de los microorganismos es producto del apro&echamiento (ue el hombre hace de ellos en bene+cio propio. %ncluso cuando las bacterias se transforman mediante t"cnicas de ingeniera gen"tica para (ue act2en como descontaminantes o para emplear las en)imas (ue producen con ese +n, las bacterias no hacen m's (ue cumplir con sus funciones &itales.
- Alg"d.n gen/ti#a%ente %"di0#ad" 'ara e1itar la tin#i.n de las 0!ras -Publicado el 080=800H en la @ección No&edades de 666.por(uebiotecnologia.com.ar
:n grupo de cient+cos chinos acaba de describir un m"todo (ue podra ser&ir para modi+car el color de la +bra de algodón sin la necesidad de
teirla. >a cla&e est' en usar los genes (ue la bacteria Streptomyces antibioticus emplea para la sntesis de melanina, (ue le otorgaran al algodón un color pardo. >os in&estigadores usaron los genes dMLO9=I y dtyr3 para transformar gen"ticamente al culti&ar de algodón !"inlu#ao $% . Estos genes estaran in&olucrados en la sntesis de la en)ima tirosinasa, necesaria para la sntesis de melanina. >os autores ensayaron los genes primero en tabaco, y &ieron (ue en la plantas transg"nicas se acumulaba melanina en los tricomas de las hojas -ap"ndices epid"rmicos. >uego transformaron plantas de algodón, donde los genes se e*presaron tambi"n correctamente, obser&'ndose la producción de melanina en las c"lulas epid"rmicas y la coloración marrón de las +bras. Preguntas para el an'lisis del te*to4 ;. Lelatar cu'l es la no&edad (ue presenta este artculo. Lta. esta nota presenta un nue&o m"todo para obtener algodón coloreado. Este m"todo no se basa en la tinción con colorantes sino en la introducción en las plantas de algodón de genes -pro&enientes de bacterias (ue inter&ienen en la fabricación de la melanina, un pigmento marrón de los seres &i&os. 8. Cu'les seran los resultados de este procedimientoQ Lta. @e obtendran plantas con algodón de color marrón. =. Cu'l sera el bene+cio de este procesoQ Lta. no se usaran colorantes (ue son productos (umicos (ue constituyen parte importante de los e/uentes (ue contaminan los ros a donde desembocan.
Conclusiones Foy en da, muchas en)imas son utili)adas por una gran di&ersidad de tipos de industrias y esto no es ajeno a la industria te*til. Aradicionalmente, se han utili)ado en)imas en el proceso de limpie)a de las +bras. 3hora, las en)imas como las proteasas, lipasas, celulasas y en)imas o*idati&as, se utili)an en el bioGprocesamiento de +bras naturales, mientras (ue otras son fundamentales en el tratamiento de e/uentes deri&ados de esos procesos. El conocimiento de las en)imas en cuanto a su constitución, estructura, mecanismos de acción y par'metros (ue contribuyen a una e+ciente acti&idad, permitir' a los usuarios su adecuada utili)ación en los procesos te*tiles a los (ue son direccionados. El BioGPulido es un nue&o concepto de acabado para el tratamiento de las telas celulósicas. >a combinación de una hidrólisis en)im'tica y una acción mec'nica elimina la pelusilla de la super+cie de la tela, proporcionando un efecto antipilling. El efecto del tratamiento es duradero y permanece durante numerosos la&ados dom"sticos. El proceso tambi"n mejora el aspecto, la
sua&idad y el tacto de la tela, sin disminuir la absorción de agua del producto acabado. >as celulasas son protenas naturales f'cilmente biodegradables, (ue sólo reaccionan con la celulosa. >as celulasas act2an como catali)adores, aumentando la &elocidad de la hidrólisis. >as en)imas representan, hoy en da, bene+ciosas alternati&as a los productos (umicos utili)ados para el acabado de las telas por su car'cter de ser amigables con el medio ambiente. Re2eren#ias Bi!li"gr30#as
No&o NordisR 3@, !anual de BioGPolishing, enmarR 666.por(uebiotecnologia.com Le&ista !undo Ae*til, 3sociación Peruana de A"cnicos Ae*tiles, >ima, Per2 >eer m's4 http4666.monogra+as.comtrabajosIbiotecnologiaG aplicadaGindustriaGte*tilGbioGpulidoGtelabiotecnologiaGaplicadaGindustriaG te*tilGbioGpulidoGtela.shtmlSi*))=fj%a3rD (ATERIAL DE CONSULTA
Biotecnologa aplicada a la industria te*til. @itio brasilero sobre los tipos de en)imas utili)ados en estos procesos http4666.en(.ufsc.brlabsprobiodisc7eng7bio(trabalhos7pos8009te*t ilintroducao.htm Producción de en)imas4 3liadas producti&as de la industria http4666.bioplanet.netmaga)inebio7sepoct7;bio7;7sepoct7in dustria.htm Aratamiento de E/uentes te*tiles http4666.en(.ufsc.brlabsprobiodisc7eng7bio(trabalhos7pos8009te*t ile/uentes.htm !icrobiologa y metales pesados. Le&ista Tumica &i&a. $ol. 8, n2mero =, 800=. 666.(uimica&i&a.(b.fcen.uba.ar
