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Generación de ácidos grasos de cadena corta en la despolimerización de lignina residual de paja de trigo por Aspergillus fumigatus
Eduardo Baltierra-Trejoa,b,c, Juan Manuel Sánchez-Yáñezb, Otoniel Buenrostro-Delgadoa, Liliana Márquez-Benavidesa,*
INTRODUCCIÓNSe estima se generan 877 millones de Ton de paja de trigo, la que se elimina comúnmente por incineración con un impacto ambiental negativo [1].
La paja está constituida por celulosa (39%), hemicelulosas (38.7%) y lignina (17%) La lignina de trigo es un polímero de aromáticos recalcitrantes [2].
La lignina residual de paja de trigo podría ser materia prima para la generación de metabolitos de interés industrial como aromáticos y ácidos grasos de cadena corta, si se utiliza los hongos mitospóricos ligninolíticos para despolimerizarla. Aunque se conoce la ruta de generación de los ácidos grasos de cadena corta, no existen datos cuantitativos de su producción.
OBJETIVO• Estudiar la despolimerización a distintas concentraciones de lignina residual de
paja de trigo semipurificada por Aspergillus fumigatus.
METODOLOGÍA
Se utilizó a A. fumigatus en la despolimerización de 20 g L-1 de lignina residual de paja de trigo, durante 30 días de cultivo. Se identificó por cromatografía de gases siete ácidos grasos de cadena corta: acético, propiónico, butírico, isobutírico, valérico, isovalérico y caproico.
I I A FIIQB
Figura 1. Modelo de la pared celular vegetal y estructura química de sus componentes.
Tabla 1. Producción mundial de los principales residuos agrícolas.
a Laboratorio de Residuos Sólidos y Medio Ambiente, IIAF. [email protected] Laboratorios de Microbiología Ambiental, IIQB. [email protected] c Estudiante Doctorado en Ciencias Biológicas. [email protected]
Cultivo Producción (106 Ton/año)
Residuo(106 Ton/año)
Maíz 875 1,680 Trigo 675 877 Arroz 718 862
Caña de azúcar 1,774 532
Material Tipo de proceso
Ácidos grasos de cadena corta
Concentración (mg L-1)
Referencia
Hongo mitospórico ligninolítico y levadurasLignina residual de paja de trigo
(20 g L-1)
Aspergillus fumigatus
acéticopropiónicoisobutírico
butíricoisovalérico
valéricocaproico
5788288528452970278628231079
Este trabajo
Hemicelulosas de paja de trigo
Pichia stipitis acético 2700 [3]
BasidiomicetosLignina
purificadaNematoloma
frowardiiacético, fórmico, glioxílico, oxálico
y malónico.
N.E. [4]
Tratamientos fisicoquímicosPaja de trigo
(hemicelulosas y celulosas)
Tratamiento hidrotérmico
acético 3900.9 [5]
Tabla 2. Generación de ácido grasos de cadena corta a partir de diferentes biomasas
1 2 3 40
500
1000
1500
2000
2500
3000
Aspergillus fumigatus en lignina de paja de trigo 20 g/L
AcéticoPropiónicoIsobutíricoButíricoIsovaléricoValéricoCaproico
Tiempo (semanas)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
Figura 2. Diseño experimental.
Figura 3. Aspergillus fumigatus en la cinética de producción de ácidos grasos.
RESULTADOS Y DISCUSIÓNLa despolimerización de lignina residual de paja de trigo por A. fumigatus produjo los 7 ácidos grasos estudiados. El ácido que se generó en mayor cantidad fue el acético en la concentración de 20 g L-1 de lignina semipurificada. Los resultados son similares a la obtención de ácidos grasos a partir de paja de trigo por métodos fisicoquímicos (Figura 3 y Tabla 2).
CONCLUSIÓNEs posible la producción de ácidos grasos de cadena corta a partir de la despolimerización de los aromáticos de la lignina residual de paja de trigo, en concentración similar o superior a la reportada por métodos fisicoquímicos, en un tiempo relativamente corto y sin la producción de residuos contaminantes. Sin embargo, la producción de aromáticos está limitada por la concentración de la lignina y su transformación en aromáticos, por lo que se requiere mayor investigación al respecto.
LITERATURA CITADA1. Kim et al. (2004). Global potential bioethanol production from wasted crops and crop residues. Biomass Bioener.; 26:361–375.2. Xu et al.,. (2006). Comparative study of organosolv lignins from wheat straw. Ind.Crop. Prod. 23:180–193.3. Nigam (2001). Ethanol production from wheat straw hemicellulose hydrolysate by Pichia stipitis. J. Biotechnol. 87:17-27.4. Hofrichter et al., (1998). Enzymatic combustion of aromatic and aliphatic compounds by manganese peroxidase from Nematoloma frowardii. Appl. Environ. Microbiol. 64:399-404.5. Thomsen et al., (2008). Hydrothermal treatment of wheat straw at pilot plant scale using a three-step reactor system aiming at high hemicellulose recovery, high cellulose digestibility and low lignin hydrolysis. Bioresour. Technol. 99: 4221-4228.
AGRADECIMIENTOSProyecto 150001 SENER-CONACYT, BECA 239180 CONACYT, Proyectos 2.7 y 5.15 (2014) Coordinación de la Investigación Científica UMSNH.Artículo publicado: Baltierra-Trejo, Sánchez-Yáñez, Buenrostro-Delgado, Márquez-Benavides (2015) Production of short-chain fatty acids from the biodegradation of wheat straw lignin by Aspergillus fumigatus. high hemicellulose recovery, high cellulose digestibility and low lignin hydrolysis. Bioresour. Technol. 196: 418-425.
