Avanzan con un innovador proceso biotecnológico para aprovechar los residuos agroindustriales

Un equipo internacional de investigación, que incluyó a un científico del CONICET, desarrolló un innovador modelo de biorrefinería capaz de aprovechar completamente los desechos agroindustriales. Este proceso biotecnológico, denominado ALACEN (acrónimo de las palabras en inglés: Alkaline, Acid, Enzyme), produce una variedad de productos comercializables utilizando una estrategia ambientalmente amigable, a diferencia del tratamiento convencional de combustión. El estudio fue publicado en ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

A diferencia de las refinerías tradicionales, que utilizan petróleo como materia prima, una biorrefinería emplea biomasa. La biomasa es materia orgánica derivada de plantas, animales o microorganismos. Martín Palazzolo, investigador del CONICET en el Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas (ICB, CONICET-UNCUYO) y coautor del artículo, explica que ALACEN consiste en una serie de procesos de biorrefinería que permiten descomponer biomasa agroindustrial y convertir todos sus componentes en productos y precursores de valor agregado.

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“Una biorrefinería es una alternativa sostenible a una refinería tradicional”, comenta el científico, quien formó parte del equipo de trabajo como investigador del CONICET durante una estadía en la Universidad de Groningen, Países Bajos. 

“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 que podrían ser utilizados en la vida cotidiana.

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Según Palazzolo, el proceso tiene varias etapas. La primera consiste en analizar la composición de la biomasa lignocelulósica. Luego, ésta 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 ambiente, porque se utilizan enzimas, que son catalizadores de origen biológico y naturaleza biodegradable, sustituyendo a los químicos que, por lo general, son tóxicos”, 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.