Ethanol-based hand sanitizer/es

Los desinfectantes de manos ^se están volviendo omnipresentes en el mundo desarrollado, encontrándose comúnmente en lugares públicos como centros comerciales y salas de espera. Estos desinfectantes contienen una mezcla de alcohol, agua y un agente espesante para ayudar a que la solución se extienda completamente sobre las manos. Algunas soluciones pueden contener humectantes, perfumes u otros aditivos no médicos. Se sabe que las soluciones a base de alcohol eliminan una parte significativa de los gérmenes que se encuentran en las manos y también se utilizan en centros médicos para esterilizar equipos y las manos de los cirujanos. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

Este trabajo propone un método para producir desinfectantes de manos con alcohol a partir de recursos naturales locales, mediante la fermentación de azúcares y almidones disponibles en el maíz o las patatas, y la combinación del resultado con un agente espesante para facilitar la aplicación de la solución sobre la superficie a limpiar antes de que el alcohol se evapore. Puede consultar una revisión exhaustiva de las técnicas y mejores prácticas de lavado de manos aquí , proporcionada por el Ministerio de Salud y Atención a Largo Plazo de Ontario.

El público objetivo de este método son las personas de países en desarrollo que se beneficiarían de instalaciones médicas más limpias y de una reducción de las enfermedades transmitidas por herramientas contaminadas. El método de producción que se describe a continuación aún no se ha probado , pero se ha verificado teóricamente que produce etanol de manera efectiva a partir de la glucosa contenida en la materia prima original. La producción podría ser a gran escala, de manera que una persona o grupo pueda satisfacer las necesidades de su aldea, o incluso vender el producto en un mercado a personas de aldeas vecinas.

La producción a partir de alimentos será controvertida en regiones donde los recursos alimentarios son limitados, pero reducir la propagación de infecciones puede mejorar la salud general de la comunidad hasta el punto de que los beneficios superen este costo. Esta es una cuestión muy difícil de responder a nivel global y debe abordarse a nivel regional. La mejor práctica podría ser que un solo productor venda el producto en el mercado, aunque este tipo de monopolio podría conllevar el cobro de precios exorbitantes por el compuesto.

Se ha elaborado un mapa mental para indicar el flujo previsto de esta investigación, el cual se actualizará a medida que se avance. ( Mapas mentales creados con el servicio gratuito de MindMeister ).

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Un desinfectante de manos natural debe estar compuesto de materiales aptos para su producción y uso en países en desarrollo, y su función principal debe ser reducir el riesgo de infección durante procedimientos médicos como la cirugía. En su forma más simple, los desinfectantes de manos a base de etanol tienen dos componentes, cada uno con una función específica y provenientes de fuentes o compuestos naturales:

• Alcohol : Normalmente se utiliza etanol ^W o isopropanol ^W en la solución para matar las bacterias conocidas como el principal transmisor de enfermedades y causa de infecciones. La calidad y eficacia del desinfectante de manos depende de la fracción de volumen de alcohol que contiene la solución, con un estudio del Centro para el Control de Enfermedades (CDC) informa que un contenido de alcohol del 60% es más eficaz para eliminar bacterias y hongos de la piel que una solución del 40%. ^{[ 4 ]} Un estudio del Consejo Asesor Provincial de Enfermedades Infecciosas de Ontario (PIDAC) encontró que un contenido de etanol en el rango del 70-90% es el más eficaz para matar bacterias siempre que las manos no estén visiblemente sucias (descargue el informe aquí ). ^{[ 5 ]} Este método está diseñado para producir etanol que se destila en múltiples pasos para producir concentraciones suficientemente altas para ser efectivo.
• Agente espesante : Se incluye un agente espesante para ralentizar la velocidad de evaporación del alcohol y aumentar el "tiempo de humectación" en la superficie de la piel. El agente espesante exacto utilizado depende del tipo de alcohol que rige la solubilidad de todos los demás componentes. Ejemplos incluyen la gelatina ^W (derivada del colágeno en los huesos y la piel de los animales, y que presenta limitaciones culturales) y el acetato de calcio ^W. La velocidad de evaporación del etanol se ralentiza con la adición del agente espesante, ^{[ 6 ]} aunque la proporción exacta depende de las fuentes tanto del etanol como de los compuestos utilizados para producir el agente espesante, ya que esta receta "casera" puede presentar diferencias significativas en la composición entre lotes.

Ambos componentes se desarrollarán mediante procesos adecuados y, siempre que sea posible, se ofrecerán fuentes o métodos de producción alternativos. Asimismo, si no se dispone de los materiales necesarios para producir el agente espesante, se puede utilizar etanol de forma independiente, posiblemente aplicándolo mediante pulverizador para aumentar la cobertura antes de la evaporación.

Es responsabilidad del usuario asegurar una cobertura adecuada de las manos durante la aplicación, a pesar de la eficacia inherente de este tipo de soluciones. Existen varias zonas de la mano que suelen pasarse por alto , por lo que se debe tener especial cuidado durante la aplicación.

El procedimiento requerido para producir etanol a partir de patatas es relativamente sencillo y la mayor parte del tiempo se dedica a permitir que se produzca la fermentación. Es decir, se requiere muy poco tiempo de un trabajador cualificado, lo que significa que se resta poco tiempo a otras actividades esenciales de la comunidad. Además, el proceso de fermentación ^W se comprende bien y, al añadir levadura ^W a una mezcla con alto contenido de glucosa y mantenida a temperaturas moderadas (aproximadamente 30 °C), la fermentación es inevitable. Se sigue una ruta bioquímica estándar, en la que la levadura digiere la glucosa ("reactivos") y libera etanol y dióxido de carbono ("productos") en un proceso conocido como glucólisis^W.

Nota: El autor original aún no ha llevado a cabo el siguiente procedimiento, pero se ha considerado cuidadosamente para garantizar su precisión técnica.

Aquí se proporciona una descripción detallada del procedimiento y del equipo, incluyendo esquemas y estimaciones de los tiempos necesarios.

1

Corta las patatas enteras y lavadas (sin tierra) en cubos pequeños y ponlas a hervir en una olla al fuego. Cuanto más pequeños sean los cubos, más rápido se cocinarán. Como las patatas no se van a consumir, el objetivo del primer paso es reducir la mezcla a una papilla, lo que aumenta la disponibilidad de almidones para la levadura en los pasos siguientes. Además, la ebullición esteriliza las patatas, eliminando cualquier contaminante que puedan aportar a la solución. (Ten en cuenta que la temperatura no es crucial en esta etapa, y el tiempo variará según la cantidad de patatas y agua utilizadas).

2

Retire la mezcla de patata de la fuente de calor y déjela enfriar a unos 30-35 °C. Separe una pequeña porción de la mezcla para alimentar el sustrato de siembra en el siguiente paso. Añada la levadura a la mezcla y déjela reposar durante aproximadamente una semana en un recipiente cerrado, abriéndolo ocasionalmente para liberar el CO₂ _y evitar la acumulación de presión. Como alternativa, se puede hacer un agujero en la parte superior del recipiente y fijar una lámina de goma o un globo en el interior de la tapa, perforándolo con un alfiler. Cuando la presión alcance un nivel que provoque que la goma se expanda y abra el agujero lo suficiente para que escape el CO₂ _, la presión disminuirá. Esto mantendrá el equilibrio de presión en el sistema sin necesidad de abrir el recipiente y sin aumentar el riesgo de contaminación.

3

Retire una porción de la mezcla fermentada (patatas y levadura) del recipiente de fermentación para preparar la siguiente tanda. Esta tanda inicial contendrá parte de la mezcla de patata y parte de la levadura, lo que permitirá almacenarla durante varios días. La levadura semiactiva consumirá la mezcla rica en almidón, replicándose por gemación y reponiendo la fuente de levadura para la siguiente tanda de fermentación. Añada la mezcla de patata fresca (sin fermentar) retirada en el paso anterior a la tanda inicial para que la levadura disponga de glucosa fresca para alimentarse y reponer sus reservas.

4

Una vez completada la fermentación y retirado un lote de semillas, es momento de extraer el etanol de la mezcla fermentada. Dado que el etanol se evapora a aproximadamente 78 °C ^{[ 7 ]} y el agua hierve a 100 °C, esto se puede lograr calentando la mezcla a una temperatura entre 78 y 100 °C (es decir, 80 u 82 °C), donde el etanol se evaporará y podrá ser recogido por un condensador, mientras que el agua permanecerá en solución. El condensado puede luego redestilarse según sea necesario para alcanzar una concentración de alcohol suficientemente alta para producir un desinfectante de manos eficaz.

Cabe destacar que la forma de la sección transversal del colector de condensado permite que todo el evaporado que se acumula en la superficie del condensador se recoja y se dirija al recipiente inferior. Las pequeñas curvas en los bordes exteriores del canal evitan que el condensado se escurra por los lados y gotee al suelo.

La producción del agente espesante (acetato de calcio) se puede lograr remojando cáscaras de huevo en vinagre durante periodos prolongados (aproximadamente dos semanas) y luego evaporando el vinagre de la solución. De esta manera, se obtiene acetato de calcio en polvo, al cual se le puede añadir etanol lentamente hasta alcanzar la viscosidad deseada para aplicarlo en las manos. La proporción exacta de agente espesante y etanol (o solución, ya que el "etanol" será en realidad una solución de 70-90% de etanol y 10-30% de agua) aún no se ha determinado, pero debería hacerse experimentalmente. Asimismo, no está claro si el agente espesante de acetato de calcio dejará algún residuo indeseado en las manos del solicitante; esto se investigará durante las pruebas de la solución.

Como se observa en el procedimiento , gran parte de la producción se lleva a cabo mediante procesos bioquímicos de fermentación que no pueden modificarse significativamente, ni siquiera por ingenieros químicos capacitados en países desarrollados. Sin embargo, existen algunas técnicas o trucos que pueden emplearse para minimizar las pérdidas debidas al hardware del sistema y maximizar el rendimiento del producto.

• Asegúrese de reducir el tamaño de la materia prima (cortándola, cortándola en cubos, triturándola, etc.) para disminuir la velocidad de reducción de los almidones y aumentar la disponibilidad de glucosa para la levadura durante la fermentación.
• Asegurarse de que el recipiente esté sellado adecuadamente durante la fermentación para evitar que el oxígeno u otros contaminantes entren en el sistema e introduzcan procesos químicos secundarios que compitan entre sí, consuman el reactivo (glucosa) y no produzcan un producto útil (etanol).
• Recoger adecuadamente el condensado de etanol para asegurar que no se pierda nada o muy poco durante la destilación.
• Controlar la temperatura mediante el control de la fuente de calor, como por ejemplo mediante la relación aire/combustible de una llama abierta.
• Almacenamiento adecuado de los componentes inflamables durante la preparación, producción y almacenamiento del desinfectante y sus componentes.
• La reducción de contaminantes para prevenir la formación de componentes tóxicos o reacciones secundarias competitivas reduce el rendimiento.

Si bien el lavado de manos se da por sentado en el mundo desarrollado, es importante destacar la sólida evidencia que lo vincula con la reducción de la transmisión de bacterias y virus. Las siguientes revisiones, realizadas por instituciones de prestigio, analizan los beneficios del lavado de manos en general, así como los beneficios específicos de un desinfectante de manos a base de alcohol en comparación con las técnicas tradicionales de agua y jabón. Al demostrar su eficacia y considerar las limitaciones que deben cumplirse o superarse para lograr soluciones efectivas, se pueden reducir las tasas de infección transmitida en los países en desarrollo, tal como se ha hecho en los países desarrollados.

• Clínica Mayo: Higiene de manos: una oportunidad que salva vidas y que a menudo se pasa por alto durante la atención al paciente (Descargue aquí el PDF de 59 kb ).
• Control de infecciones y epidemiología hospitalaria, Chicago Journals: ¿No hay tiempo para lavarse las manos? Lavado de manos versus desinfectante a base de alcohol: ¿Podemos permitirnos un cumplimiento del 100%? (Descargue el PDF de 791 kb aquí )
• División de Epidemiología Hospitalaria, Hospitales Universitarios, Basilea, Suiza: ¿Sustituir el lavado de manos por el uso de un desinfectante de manos a base de alcohol sin agua? (Descargue el PDF de 85 kb aquí )
• Los orígenes del lavado de manos en centros médicos (Descargue aquí el PDF de 343 kb )

El proceso se ha diseñado teniendo en cuenta los materiales y recursos disponibles localmente, pero presupone el acceso a algunos componentes más avanzados que podrían requerir la compra en mercados regionales. Se están explorando alternativas, pero se han realizado todos los esfuerzos posibles para desarrollar un proceso sencillo y sostenible.

Dado que las fuentes de alimentos se utilizarán como materia prima para el proceso, las regiones que ya sufren de baja disponibilidad de dichos recursos podrían optar por no producir estos compuestos, pero podrían adquirirlos en el mercado según sus necesidades. Es interesante observar que, en los últimos años, la producción mundial de papa se ha desplazado desde la mayor parte del mundo desarrollado hacia el mundo en desarrollo. ^{[ 8 ]}

El agente espesante propuesto (acetato de calcio) se seleccionó por dos razones: (1) se puede producir a partir de materiales locales a bajo costo, con poca habilidad y equipo; (2) no presenta las mismas limitaciones culturales que otro agente espesante común (gelatina ^W ). La gelatina se elabora a partir de colágeno derivado de la piel y los huesos de animales, por lo que varias culturas y grupos religiosos evitan su uso y/o consumo, ya que su origen se considera sagrado. Esto no ocurre con el acetato de calcio, lo que permite una adopción relativamente fácil y generalizada.

Aunque el procedimiento parezca complejo, la mayor parte del trabajo en la producción de etanol en particular lo realiza la levadura a través de vías bioquímicas en un proceso conocido como fermentación de etanol ^W. Este complejo proceso implica la conversión de glucosa ^W en piruvato ^W (a través de la glucólisis ^W ) que luego se convierte anaeróbicamente en etanol y CO2 _a través dela fermentación ^W.

Es necesario restringir el uso del producto terminado y educar al público (consumidores potenciales) sobre los peligros de su consumo. Dado que el metanol también puede producirse durante la fermentación en un proceso alternativo (que consume glucosa, el combustible del proceso deseado) y se sabe que su consumo puede causar ceguera o la muerte en humanos, su producción debe minimizarse o evitarse. (Consulte aquí la ficha de datos de seguridad del metanol ). Sin embargo, en la industria de la destilación casera existen opiniones divergentes al respecto.

• Algunas fuentes ^{[ 9 ]} afirman que al desechar los primeros 50 ml de un lote de fermentación de 20 L, el metanol se eliminará del sistema, ya que el metanol se evapora a aproximadamente 64 °C y el etanol a 78 °C. Dado que el metanol tiene un punto de ebullición más bajo, se evaporará primero durante el calentamiento de la solución. ^{[ 10 ]} Una vez extraído el metanol de la solución, no volverá a entrar en ella y se puede considerar "eliminado", eliminando así el peligro.
• Mientras que algunas fuentes comentan sobre formas de eliminar el metanol y advierten enérgicamente contra su consumo debido a los riesgos para la salud asociados con él, otros argumentan que solo se producen cantidades muy pequeñas de metanol (también conocido como alcohol de madera) a partir de la fermentación y que de hecho se puede descuidar o ignorar, ^{[ 11 ]} y que en lugar de causar ceguera o muerte, puede ser la raíz de la resaca resultante del consumo de alcohol.

En opinión del autor original de este artículo, lo mejor sería pecar de precavido y desechar la primera porción de condensado recogida durante la etapa de destilación para reducir el riesgo de sufrir los efectos perjudiciales para la salud que se sabe que acompañan a la ingestión o absorción de metanol a través de la piel.

Tenga en cuenta que los precios están expresados ​​en dólares canadienses y variarán significativamente según la ubicación geográfica.

• Papas (o maíz, trigo): aproximadamente $0.40/lb o $0.89/kg aquí
• Levadura: $5.19/lb o $11.50/kg aquí
• Envases metálicos: Los envases viejos se pueden reutilizar, siempre que soporten el calor de la cocción (aproximadamente 100 grados centígrados).
• Chapa metálica: Se puede usar chapa de desecho, siempre que esté lavada. Debe doblarse para recoger el condensado, por lo que debe ser algo maleable.
• Fuente de calor: Se puede utilizar la fuente de fuego existente o encender un nuevo fuego quemando materiales locales.
• Pala para cavar un hoyo para el almacenamiento con temperatura controlada. También se podría fabricar una pala de metal o de madera para cavar el hoyo.
• Termómetro para el control de la temperatura: para un control aproximado de la temperatura durante la destilación y la fermentación.

• Tiempo de producción: hasta dos semanas (de principio a fin) debido a los procesos de fermentación y destilación.
• Reasignación de la fuente de alimentos: puede que no sea una opción en algunas regiones; consulte Consideraciones regionales.

Intoxicación por alcohol : Debido al contenido relativamente alto de alcohol en algunos desinfectantes de manos comerciales, se han publicado informes de niños pequeños que se intoxican y corren el riesgo de sufrir una intoxicación etílica tras ingerir el líquido desinfectante. Este hecho, sumado al riesgo de intoxicación por metanol, justifica que se desaconseje encarecidamente el consumo de esta solución por motivos de seguridad.

Intoxicación _por CO₂ - La fermentación es el proceso bioquímico mediante el cual la glucosa (azúcar) se convierte en etanol, siendo el dióxido de carbono (CO₂) un subproducto conocido _. Por lo tanto, es fundamental ventilar adecuadamente el espacio donde se llevará a cabo la fermentación, incluso si el proceso se realiza en recipientes sellados. Incluso pequeñas fugas de CO₂ _pueden tener efectos negativos en la salud y el bienestar humanos, incluyendo somnolencia y la muerte.

Intoxicación por metanol : El metanol también puede producirse por reacciones secundarias y debe extraerse. Se deben realizar pruebas para determinar las cantidades relativas de etanol y metanol producidas por la reacción, y se deben explorar métodos para extraer el metanol de la solución. El metanol ingerido puede causar ceguera o la muerte, pero también puede absorberse a través de la piel en bajas concentraciones y tener efectos negativos en la salud humana.

Inflamabilidad : Debido al alto contenido de etanol del producto y a algunos de los pasos intermedios del proceso, se debe tener cuidado de no exponer ningún producto que contenga etanol a la llama directa, ya que es extremadamente inflamable, especialmente en estado puro. Se deben utilizar recipientes herméticos y a prueba de derrames para reducir este riesgo. Vea este video para ver un ejemplo de la combustión de un gel de etanol.

Riesgo de quemaduras : Dado que el proceso de extracción de etanol (destilación) se realiza sobre una fuente de calor como el fuego, se debe tener precaución con los elementos calientes del sistema. Los recipientes también se calentarán hasta 70-80 °C durante el proceso, por lo que se requiere el uso de guantes, eslingas o soportes para retirarlos de la fuente de calor. Dado que la forma de estos recipientes varía según los recursos y la disponibilidad locales, no se puede proponer una solución única; sin embargo, la solución implementada debe ser reutilizable, resistente (capaz de soportar el recipiente lleno de puré de patata fermentado caliente) y ser utilizada por uno o dos operarios, según el tamaño, la forma y el peso del recipiente.

Reutilización y eficacia de la levadura : La levadura ^es un organismo relativamente resistente, y muchos de sus organismos funcionan de manera más eficiente en un rango de temperatura aproximado de 20 °C a 40 °C. Calentarla por encima de esta temperatura puede matarla, mientras que almacenarla por debajo de ella la inactivará, ya que entrará en un estado de "hibernación". Durante la hibernación, la levadura aún requiere una fuente de alimento (glucosa), pero la consume mucho más lentamente, y su eficacia disminuye con el tiempo. Si es posible, almacene la levadura en un ambiente refrigerado; de lo contrario, se le debe proporcionar una fuente de alimento fresca (como en el paso 3 ) para que se mantenga activa y suficientemente alimentada para sobrevivir y reproducirse mediante gemación.

El etanol puede producirse de forma relativamente segura y económica a partir de ingredientes disponibles localmente. Deben tomarse precauciones para evitar el consumo de compuestos nocivos que puedan generarse durante el proceso, como el metanol (véanse los puntos de debate anteriores ) y otros compuestos que puedan producirse por reacciones secundarias o competitivas durante la fermentación si se utiliza equipo sucio. Si el proceso se lleva a cabo con éxito y con cuidado, puede ser prácticamente autosostenible, requiriendo únicamente una nueva fuente de materia prima para cada lote.

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