Despolimerización de lignina residual de paja de trigo por ascomicetos para la producción de biogás

Abstract

Wheat straw is an agricultural residue that represents 877 million tons per year worldwide. Due to its recalcitrance and few management alternatives, only 15 % is exploited while 85 % is eliminated by incineration, causing a negative environmental impact due to the emission of greenhouse gases. The biotechnological use of structural components of wheat straw such as cellulose and hemicelluloses in the production compounds such as bioethanol, has been well studied; however, the lignin-fraction is considered a residual product with few exploitation alternatives. The aim of this research was to establish a biotechnological model: utilization of residual lignin from wheat straw (RLWS) in the generation of valuable compounds and to direct its biodegradation to methane as an alternative source of energy. For this purpose, strains of ascomycetes with the high enzymatic activity were selected, and were used to degrade RLWS in concentrations up to 50 g L-1. Gas chromatography identified the aromatics product of the depolymerization of RLWS, as well as the fatty acids that the literature suggested were produced after the oxidation and rupture of the aromatic rings. Finally, the conversion of the fatty acids into methane in test bottles of anaerobic digestion was analyzed. It was found that it is possible to take advantage of RLWS in the generation of compounds of industrial value as aromatic or short chain fatty acids and direct its biodegradation to CH4 as an alternative source of energy.

La paja de trigo es un residuo agrícola del que se generan a nivel mundial 877 millones de toneladas anuales, de las cuales debido a su recalcitrancia y pocas alternativas de manejo únicamente se aprovechan el 15 %. El restante 85 % se elimina por incineración, lo que causa un impacto ambiental negativo por la emisión de gases de efecto invernadero. Se ha propuesto el aprovechamiento biotecnológico de los componentes estructurales de la paja de trigo, como por ejemplo la celulosa y las hemicelulosas en la obtención de bioetanol. Sin embargo, en el caso de la lignina, es un producto residual con pocas alternativas de explotación. El objetivo de esta investigación fue establecer un modelo biotecnológico para el aprovechamiento de la lignina residual de paja de trigo (LIREPATO) en la generación de compuestos de valor y dirigir su biodegradación hasta metano como fuente alternativa de energía. Para ello se seleccionaron cepas de ascomicetos con la mayor actividad enzimática, para degradar la LIREPATO en concentración de hasta 50 g L-1. Por cromatografía de gases se identificaron los aromáticos productos de la despolimerización de la LIREPATO, así como los ácidos grasos que en teoría se producen tras la oxidación y ruptura de los anillos aromáticos. Finalmente se analizó la conversión de los ácidos grasos en metano en botellas de prueba de digestión anaerobia. Se encontró que es posible aprovechar la LIREPATO en la generación de compuestos de valor industrial, como son los aromáticos y los ácidos grasos de cadena corta y dirigir su biodegradación hasta CH4 como fuente alternativa de energía.