Una nueva química verde extrae valiosos compuestos de residuos vegetales
Alrededor del 98% de la lignina creada como subproducto forestal de las plantas se desecha, pero una nueva enzima podría ser la clave para extraer moléculas de alto valor de este residuo mediante un enfoque de química verde.
La enzima recién identificada resaltada en rosa.
University of Adelaide
Estas moléculas son los componentes básicos de compuestos como fragancias, aromatizantes, combustibles y productos terapéuticos, lo que convierte un flujo de residuos en un recurso valioso.
"Los procesos químicos tradicionales para la síntesis de este tipo de sustancias químicas se basan en compuestos de partida derivados del petróleo y catalizadores de metales pesados, lo que los convierte en procesos no renovables e intrínsecamente tóxicos", afirma la Dra. Fiona Whelan, criomicroscopista electrónica de Adelaide Microscopy de la Universidad de Adelaida, cuyo estudio se publica en Nature Communications.
"Este nuevo método de procesamiento catalítico apoyará el desarrollo de otras nuevas 'fábricas de enzimas' de química verde o biorrefinerías para convertir la lignina y otros flujos de residuos biológicos en un valioso depósito de productos químicos finos".
Lignina es el nombre que reciben los polímeros duros que actúan como soporte mecánico en las maderas duras y blandas, y es uno de los polímeros más abundantes de la Tierra.
La agricultura y la silvicultura acumulan unos 100 millones de toneladas de residuos de lignina al año, pero éstos podrían desviarse para convertirse en una prometedora materia prima renovable y sostenible para los productos químicos que actualmente se obtienen de los combustibles fósiles.
"Las estrategias para utilizar la lignina implican una combinación de procesos químicos y biológicos", explica el profesor asociado Stephen Bell, de la Facultad de Física, Química y Ciencias de la Tierra de la Universidad.
"Se utilizan altas temperaturas, alta presión, ácidos fuertes y disolventes tóxicos para romper los polímeros del flujo de residuos.
A continuación, se extraen los compuestos valiosos atrapados en los residuos y se someten a un proceso químico posterior a temperaturas superiores a 400 °C para "valorizar" la lignina. Estos procesos son caros y perjudiciales para el medio ambiente".
La lignina de la madera dura tiene dos componentes químicos clave que requieren un procesamiento para obtener compuestos útiles.
Los investigadores ya habían descubierto una enzima que podía utilizarse para descomponer uno de estos compuestos, que también se encuentra en la madera blanda, pero no se había identificado ningún proceso biológico de descomposición que pudiera utilizar el segundo compuesto más complejo de la madera dura, que constituye aproximadamente el 50% de los residuos.
"La descomposición biológica de la lignina se produce en un quórum microbiano complejo, con enzimas fúngicas que probablemente rompen los polímeros duros, y bacterias que toman los compuestos más pequeños no reactivos y los procesan para obtener energía metabólica", explicó el Dr. Whelan.
"Buscando en el reino microbiano, identificamos que una bacteria del suelo, Amycolatopsis thermoflava, contiene enzimas que podrían procesar moléculas de la lignina de forma barata, utilizando peróxido de hidrógeno para impulsar la reacción, lo que hace que la valorización sea mucho menos perjudicial para el medio ambiente".
El equipo de investigación ha utilizado esta nueva enzima como modelo para retroadaptar la actividad impulsada por el peróxido de hidrógeno a otras enzimas con el fin de generar planteamientos de química verde del futuro para la generación de sustancias químicas de alto valor de uso en las industrias de aromas, fragancias y química medicinal.
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