Nuevo proceso biotecnológico para un pleno aprovechamiento de residuos agroindustriales

Una biorrefinería es una refinería que, a diferencia de las refinerías tradicionales, utiliza biomasa en vez de petróleo, como materia prima. La biomasa es materia orgánica proveniente de plantas, animales o microorganismos. Unos científicos han desarrollado un innovador modelo de biorrefinería que permite aprovechar por completo desechos agroindustriales.

El corazón del nuevo diseño es un proceso biotecnológico denominado ALACEN (acrónimo derivado de las palabras en inglés: Alkaline, Acid, Enzyme), que genera una amplia gama de productos con valor comercial mediante una estrategia respetuosa con el ambiente y que representa una alternativa al tratamiento habitual, la combustión. ALACEN es un conjunto de procesos de biorrefinería que permiten fraccionar biomasa de origen agroindustrial y convertir todos sus componentes en productos y precursores con valor agregado.

El logro es obra de un equipo internacional integrado, entre otros, por Salvador Bertran-Llorens, del Instituto de Ingeniería y Tecnología de Groninga (ENTEG) adscrito a la Universidad de Groninga en los Países Bajos, y Martín Palazzolo, del Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas (ICB) adscrito al Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y a la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo), en Argentina.

“Una biorrefinería es una alternativa sostenible a una refinería tradicional”, subraya Palazzolo, quien formó parte del equipo de trabajo como investigador del CONICET durante una estadía en la Universidad de Groninga. “En analogía con una refinería convencional de petróleo, lo que se hace es procesar una materia prima, en este caso renovable, de forma sostenible, minimizando el impacto ambiental, para producir bienes y servicios a partir de ese material de partida, que es de naturaleza orgánica. Es un claro ejemplo de biotecnología industrial”, destaca el investigador.

Empleando paja de trigo, un desecho agroindustrial generado durante el procesamiento de este cereal, el equipo científico logró identificar una secuencia de procesos físicos, químicos y biológicos que permite aprovechar completamente esta biomasa, denominada lignocelulósica, por su origen vegetal, y convertirla en productos e intermediarios con muchas utilidades prácticas.

Martín Palazzolo trabajando en el laboratorio. (Foto: Martín Palazzolo / CONICET. CC BY 2.5 AR)

El proceso tiene varias etapas. La primera consiste en analizar la composición de la biomasa lignocelulósica. Luego, esta debe refinarse o separarse en sus componentes: celulosa, hemicelulosa, lignina y otros minoritarios. La novedad que incorpora ALACEN radica en este punto: posibilita “fraccionar de manera holística” los componentes individuales en cantidad, conservando al máximo sus estructuras naturales.

“ALACEN consiste en combinar una serie de etapas en un orden y en una intensidad tales que permiten aprovechar al máximo la biomasa. El acrónimo proviene de sus tres pasos: alcalino, ácido y enzimático. Los primeros dos permiten fraccionar la biomasa de la manera más cuidadosa posible. El último, logra cerrar el proceso de una forma eficiente y responsable con el medioambiente, porque se utilizan enzimas, que son catalizadores de origen biológico y naturaleza biodegradable, sustituyendo a las sustancias químicas que, por lo general, son tóxicas”, explica el científico.

Aplicar ALACEN sobre paja de trigo permitió a los científicos obtener varios productos: azúcares y compuestos aromáticos, que pueden ser utilizados para preparar biocombustibles y alimentos, y un bioplástico, es decir, un plástico de origen biológico. “Por último, hay un paso de fermentación, que está por fuera del acrónimo, con el que producimos un bioplástico. Para aprovechar una parte de los azúcares derivados de la biomasa lignocelulósica con la que generalmente es difícil generar productos de fermentación, pensamos en un microorganismo particular, Schlegelella thermodepolymerans. Esta bacteria tiene la capacidad de utilizar esos azúcares y convertirlos en plásticos, que se acumulan en forma de nódulos en su interior. Es realmente relevante ver que uno podría, con ingeniería, optimizar y escalar ese proceso biológico para explotar aún más la capacidad intrínseca de la bacteria”, comenta Palazzolo.

Este trabajo representa un avance en la transición desde un modelo lineal de producción hacia uno circular, responsable con el medio ambiente. Además, aborda uno de los mayores desafíos en la refinación de biomasa, que es el de aprovechar al máximo cada uno de sus componentes sin comprometer su calidad y cantidad. “Demostramos que ALACEN puede aplicarse para procesar holísticamente otras biomasas lignocelulósicas, además de la paja de trigo, como cañas, rastrojo de maíz y bagazo de caña de azúcar. Estas materias primas están ampliamente disponibles como residuos en los territorios con producción agrícola, es decir, prácticamente en todo nuestro país”, concluye Palazzolo.

El estudio se titula “ALACEN: A Holistic Herbaceous Biomass Fractionation Process Attaining a Xylose-Rich Stream for Direct Microbial Conversion to Bioplastics”. Y se ha publicado en la revista académica ACS Sustainable Chemistry & Engineering. (Fuente: Leonardo Fernández / CONICET. CC BY 2.5 AR)