Unha tese do programa de Ciencia e Tecnoloxía Agroalimentaria procura un mellor aproveitamento da biomasa con procesos máis simples e escalables

Co obxectivo de contribuír á mellora no pretratamento da biomasa mediante o uso de procesos máis simples e escalables, na súa tese de doutoramento, a investigadora do grupo BiotecnIA da Universidade de Vigo María Guadalupe Morán abordou con éxito a produción de enzimas hidrolíticas (a partir de Aspergillus niger en fermentación en estado sólido) e a súa aplicación en residuos lignocelulósicos pretratados con disolventes eutécticos profundos para obter azucres fermentables.

A tese, do programa de Ciencia e Tecnoloxía Agoalimentaria do Campus Auga foi presentada na Facultade de Ciencias do campus de Ourense. Estivo dirixida por José Manuel Domínguez (Universidade de Vigo) e Montserrat Calderón (Instituto Tecnológico de Tepic, México) e codirixida por María Guadalupe Aguilar (Instituto Tecnológico de Veracruz, México). María Guadalupe Morán está licenciada en Enxeñaría Bioquímica polo Instituto Tecnológico de Veracruz, ten realizado o Máster en Ciencias en Ingeniería Bioquímica nesa mesma institución e o doutoramento en dobre titulación polo Instituto Tecnológico de Tepic  (Ciencias en Alimentos) e pola UVigo (Ciencia e Tecnoloxía Agroalimentaria).

Estratexias simples e ecolóxicas

Segundo explica a xa doutora, os residuos lignocelulósicos ricos en polisacáridos e lignina, como o bagazo de caña de azucre e o bagazo de cervexa empregados na súa tese, pódense utilizar para producir compostos de alto valor agregado. Porén, detalla, “a estrutura recalcitrante propia da biomasa lignocelulosa dificulta a súa utilización eficiente, polo cal, a etapa de pretratamento tense convertido en crucial para o éxito dos procesos de biorrefinería”. Por outra parte, engade Morán Aguilar, “debido aos diversos inconvenientes presentados polos pretratamentos convencionais, existe a necesidade de desenvolver estratexias de pretratamento simples e ecolóxicas que axuden a superar o pescozo de botella dos procesos de biorrefinería”. Por todo iso, no seu traballo propúxose o uso de disolventes eutécticos profundos (DEP), xa que teñen sido recoñecidos como solventes “prometedores para o pretratamento de biomasa, ademais de ser renovables, reciclables e de baixo custo”.

Por outra banda, detalla María Guadalupe Morán, debido ao alto prezo dos enzimas comerciais e a súa baixa dispoñibilidade (o que obstaculiza o desenvolvemento de tecnoloxía e a súa aplicación nos procesos de biorrefinería) propúxose na súa tese o uso de “técnicas de fermentación de baixo custo e máis eficaces, como a fermentación en estado sólido (FES) mediante o uso de residuos lignocelulósicos como fonte de carbono e soporte en conxunto e con cepas microbianas con habilidade na síntese de proteínas para a obtención de complexos enzimáticos con actividade hidrolítica”. A súa finalidade foi xerar “tecnoloxía eficaz para a súa aplicación en procesos de biorrefinería e que en conxunto cos pretratamentos DEP promovan un proceso simple, escalable e viable na produción de hidrolizados ricos en azucres fermentables”.

Empregando bagazo de caña de azucre e de cervexa

Na tese empregáronse residuos lignocelulósicos ricos en polisacáridos e lignina, como o bagazo de caña de azucre e o de cervexa

Neste marco de traballo, o obxectivo xeral do estudo, explica a súa autora, foi “determinar as mellores condicións para a obtención dun extracto enzimático con actividade hidrolítica mediante a técnica de FES para posteriormente aplicalo no material rico en polisacáridos obtido do pretratamento cos disolventes eutécticos profundos para a liberación de azucres fermentables”. A metodoloxía empregada consistiu primeiramente en determinar o efecto da fonte de carbono, empregando como substrato durante a FES o bagazo de caña de azucre e o bagazo de cervexa para a produción de enzimas como as celulasas e xilanasas e utilizando diferentes cepas de Aspergillus niger. Posteriormente, analizouse en maior profundidade o efecto de diferentes variables como a humidade, o tempo de fermentación e a carga de leito, para a optimización da produción de enzimas hidrolíticos empregando o microorganismo A. niger CECT 2700. De seguido, apunta a investigadora, avaliouse o efecto de diferentes mesturas eutécticas sobre os residuos lignocelulósicos, a fin de promover unha deconstrución mellorada que permitise un maior acceso dos enzimas hidrolíticos polo substrato durante a hidrolise enzimática.

Ademais, co obxectivo de xerar un proceso amigable co ambiente, escalable e viable economicamente, estudouse o resultado de aplicar diferentes doadores de enlaces de hidróxeno nas mesturas eutécticas e distintas condicións de operación, como o tempo de reacción e a temperatura. Conxuntamente, a fin de promover un concepto de modelo circular tamén se analizou o efecto do reciclado dos disolventes eutécticos profundos durante o pretratamento de biomasa, así como a estrutura da biomasa obtida en cada ciclo e a lignina recuperada.

Entre as conclusións do estudo, a súa autora destaca que “os resultados demostraron a efectividade na produción dun extracto enzimático con capacidade hidrolítica empregando técnicas de fermentación en estado sólido e residuos agroindustriais como fonte de carbono, promovendo así un proceso ambientalmente sostible debido ao seu baixo custo e simple implementación nos procesos de biorrefinería”. Igualmente, engade María Guadalupe Morán, a análise de diferentes factores relacionados co rendemento da deconstrución de biomasa lignocelulósica utilizando os DEP como pretratamento, mellorou a dixestibilidade enzimática obtendo rendementos entre un 90% e 70% para glucanos e xilanos respectivamente. Deste xeito, indica, “pódese destacar a eficiencia dos disolventes eutécticos profundos para a mellora na transformación da biomasa mediante o uso de procesos simples e escalables para a biorrefinería lignocelulósica”.