Obtención de biopolímeros de interés industrial mediante la transformación de residuos lignocelulósicos y ligninas residuales por Streptomyces

Abstract

El agotamiento de los recursos petrolíferos y la mayor concienciación de la sociedad sobre la preservación del medio ambiente, han impulsado el desarrollo de metodologías sostenibles para transformar fuentes renovables en productos de alto valor añadido. La biomasa lignocelulósica residual como las obtenidas en prácticas agrícolas y la lignina residual procedente de la industria pastero-papelera generan graves problemas medioambientales. Así, durante los últimos años, estos residuos se han utilizado en innumerables investigaciones por su gran potencial para ser utilizados con fines biotecnológicos y/o medioambientales, generando productos de gran interés. En este trabajo se ha llevado a cabo en primer lugar, la optimización, mediante el método estadístico Ortogonal Partial Least Squares Discriminant Analysis (OPLS-DA), de las condiciones de fermentación en estado sólido (SSF) de residuos agrícolas (paja de trigo y paja de cebada) por cepas de Streptomyces, para ser utilizados como espesantes en la producción de oleogeles respetuosos con el medio ambiente. Así mismo, se ha evaluado el potencial de ligninas residuales (Kraft y álcali lignina) funcionalizadas con la enzima lacasa SilA como espesantes para la misma finalidad. Para ello, se optimizaron las condiciones de reacción enzimática por la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR) con objeto de alcanzar el mayor grado de polimerización de las ligninas. Por otra parte, se llevó a cabo la producción y la caracterización de hidrogeles elaborados con ligninas residuales funcionalizadas con SilA y se evaluó su potencial utilidad como agentes antibacterianos y adsorbentes de contaminantes textiles. Por último, se analizó la biodegradabilidad y ecotoxicidad de los productos obtenidos. Como resultados más relevantes cabe señalar que ambos residuos agrícolas fueron transformados con éxito por las cepas de Streptomyces durante el proceso SSF. La eficacia del proceso, determinada en función de la actividad enzimática y de la solubilización de la lignina, se atribuyó preferentemente a la actividad xilanasa producida por ambas cepas. La aplicación del método OPLS-DA a los resultados, permitió seleccionar como condiciones óptimas a la cepa S. MDG 301 actuando sobre paja de trigo a 45 ºC durante 7 días de incubación. La caracterización reológica de los oleogeles obtenidos a partir de paja de trigo fermentada en las condiciones óptimas seleccionadas, presentaron valores más bajos de las funciones viscoelásticas, en comparación con los oleogeles obtenidos a partir de paja de trigo sin inocular. Sin embargo, se demostró que la acción polimerizante de la lacasa SilA sobre ligninas residuales permitió la obtención de oleogeles con características reológicas comparables e incluso superiores, en algunos casos, a la de los lubricantes comerciales. Por otro lado, se obtuvieron hidrogeles con distintas proporciones de quitosano y ligninas funcionalizadas con SilA, que presentaron características fisicoquímicas versátiles para su uso en diferentes sectores industriales. Cabe señalar que la compatibilidad de ambos polímeros se consiguió merced a la acción oxidativa de la enzima sobre las ligninas, siendo aquellos formulados con 70% de quitosano y 30% de lignina, los que presentaron mayor capacidad de retención de agua y mejor matriz estructural. Además, estos hidrogeles mostraron una alta eficacia de adsorción de colorantes textiles, así como una significativa capacidad antibacteriana frente a Escherichia coli y Staphylococcus aureus. Por último, en este trabajo se demostró que los oleogeles e hidrogeles obtenidos a base de lignocelulosa y ligninas residuales funcionalizadas presentan características adecuadas en términos de biodegradabilidad y eco-seguridad, lo que supone una estrategia innovadora dentro de las tecnologías respetuosas con el medio ambiente, cumpliendo además con los requisitos de la economía circular.