VALORIZACIÓN DE DISTINTOS COMPONENTES DE BIOMASA LIGNOCELULÓSICA PROVENIENTE DE RESIDUOS AGRÍCOLAS

LAURA E. NAVAS; JULIANA TOPALIAN; ORNELLA ONTAÑON; SONIA WIRTH; ELEONORA CAMPOS

Mendoza

Congreso; IV SIMPOSIO DE RESIDUOS AGROPECUARIOS Y AGROINDUSTRIALES; 2023

La biomasa lignocelulósica representa la fuente de energía basada en carbono orgánico más abundante en la Tierra. La valorización de los tres componentes principales de la biomasa (celulosa, hemicelulosas y lignina) es fundamental para biorrefinerías sostenibles de segunda generación (2G). La producción de combustibles, biomateriales y otros productos de valor agregado a partir de la biomasa disminuye la dependencia de los combustibles fósiles y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero [1]. Los residuos agrícolas se han convertido en las materias primas preferidas en parte porque no compiten con los cultivos alimentarios. En Argentina, el mapeo regional actual muestra gran potencial para el uso de diferentes materias primas en diferentes regiones del país, específicamente, rastrojo de maíz, paja de trigo, residuos y bagazo de cosecha de caña de azúcar, podas y tallos de yerba mate (Ilex Paraguariensis), podas de olivo y vid y residuos de poda de eucalipto y aserraderos (http://www.probiomasa.gob.ar/).A pesar de la abundancia de residuos agrícolas, la deconstrucción eficiente de biomasa en bioproductos sigue siendo una barrera importante para su utilización. Esto se debe principalmente a la heterogeneidad de la pared celular vegetal, la complejidad de la lignina y su estrecha asociación con los polisacáridos estructurales.El objetivo de nuestro laboratorio es desarrollar biocatalizadores para valorizar en bioprocesos la celulosa, las hemicelulosas y la lignina proveniente de residuos de la agroindustria.Tras años de investigación, el desarrollo de bioetanol 2G está actualmente en etapa comercial. En Brasil la empresa RAIZEN ha establecido exitosamente la obtención de etanol a partir de la celulosa presente en el bagazo de caña de azúcar (www.raizen.com.br). Por lo tanto, es importante la valorización de la hemicelulosa (principalmente el xilano) y la lignina, para la sustentabilidad del proceso.En el equipo de trabajo, se desarrollaron enzimas bacterianas tanto xilanasas como des-ramificantes del xilano, que tienen características distintivas de actividad y que actúan sobre los xilanos presentes en la biomasa, para su conversión a xilosa fermentable y a xilo-oligosacáridos con potencial como prebióticos [2, 3, 4].Sin embargo, la lignina se subutiliza, quemándose para obtener energía, si bien es un polímero aromático heterogéneo con gran potencial para la generación de compuestos de valor agregado. En consecuencia, en los últimos años, muchas investigaciones se han centrado en la depolimerización microbiana de la lignina para su bioconversión a compuestos aromáticos. Algunos ejemplos de estos bioproductos son la vanillina, el fenol y el catecol [5]. Otras investigaciones se enfocan en la ingeniería metabólica de bacterias para lograr que utilicen los compuestos aromáticos derivados de lignina (CALD) como sustratos y acumulen compuestos target como el ácido mucónico [6]. En este trabajo, evaluamos la capacidad de SilA, una lacasa bacteriana de Streptomyces ipomoea, para transformar lignina extraída de paja de trigo y biomasa de residuos caña de azúcar (RAC) con el objetivo de obtener compuestos fenólicos útiles como productos químicos de plataforma.En primer lugar, se realizaron reacciones enzimáticas de lignina de paja de trigo con SilA purificada y se incubaron a 50 °C durante tres días. Nuestros resultados de HPLC muestran diferencias cualitativas en reacciones con o sin SilA, observando incremento en picos correspondientes a CADL y una reducción del material oligomérico. Luego evaluamos si es posible obtener e identificar CADL de RAC utilizando SilA. Se utilizaron tres variantes de la biomasa, natural y pre-tratada termoquímicamente mediante procedimientos industriales comunes: extrusión alcalina y explosión de vapor. Luego de 48 horas de incubación se observaron diferencias en compuestos monoaromáticos solo cuando RAC se trató previamente con explosión de vapor (RACEV). Los análisis de espectrometría de masas (GC-MS) identificaron ácido 4-hidroxibenzoico, ácido vainíllico, ácido siríngico, ácido cumárico y ácido ferúlico como los principales CADL que surgen de RACEV. Los compuestos fenólicos obtenidos presentan diversas aplicaciones industriales. El ácido 4-hidroxibenzoico (parabeno) se utiliza normalmente en industria cosmética; el ácido vainíllico en industrias farmacéutica, cosmética y alimenticia; y el ácido siríngico, cumárico y ferúlico principalmente en biomedicina e industria farmacéutica. En el marco de la posible aplicación en bio-refinerías, se ensayó la actividad de SilA en el residuo sólido de una hidrólisis previa de RACEV con CellicCTec2® (Novozymes), un cóctel comercial con actividades celulasa/xilanasa y se evaluó si el posterior tratamiento del residuo con SilA aumenta la liberación de CADL. Los resultados muestran que en presencia de SilA y ácido fenotiazil propiónico (utilizado como mediador redox), el rendimiento de CADL aumentó un 30 %. Esto indica que SilA representa una enzima activa sobre lignina con potencial para desarrollar un bioproceso para valorizar el residuo de lignina obtenido después de la hidrólisis de carbohidratos en biorrefinerías 2G.