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Título

Producción de etanol de segunda generación a partir de paja de trigo: hongos, enzimas fúngicas y aplicaciones.

AutorSalvachúa, Davinia
DirectorMartínez, María Jesús ; Prieto, Alicia
Palabras claveLacasa
Peroxidásas liquiolíticas
Hidrólisis enzimática
Fecha de publicaciónmay-2013
EditorCSIC - Centro de Investigaciones Biológicas (CIB)
ResumenEn la actualidad, uno de los objetivos prioritarios de los países industrializados es la exploración de nuevos recursos energéticos para la producción de energías renovables, que aseguren el abastecimiento a la población y sean respetuosas con el medio ambiente. El bioetanol, principalmente obtenido a partir de los azúcares de caña de azúcar, remolacha y grano de cereales, es una de las alternativas más atractivas para sustituir, o al menos disminuir, el consumo de gasolina. Sin embargo, en los últimos años la investigación se ha focalizado en el empleo de otras materias primas, como los residuos lignocelulósicos, para evitar interferencias con aquellas implicadas en la cadena alimentaria, dando lugar a los denominados biocombustibles de segunda generación (2G). No obstante, para poder aprovechar los carbohidratos que contienen estos sustratos se requieren varias etapas: (1) pretratamiento de la biomasa lignocelulósica, para alterar la lignina y dejar accesibles los polisacáridos de la pared celular vegetal; (2) hidrólisis enzimática de estos polisacáridos (celulosa y hemicelulosa) y (3) fermentación alcohólica de los azúcares liberados, utilizando microorganismos capaces de fermentar tanto la glucosa como la xilosa, para lograr el máximo rendimiento. En este contexto, uno de los objetivos del presente trabajo fue estudiar si el pretratamiento fúngico puede ser una alternativa a los tratamientos físico-químicos utilizados actualmente, como la explosión a vapor, para producir etanol 2G a partir de paja de trigo. Conocida la capacidad de los hongos de podredumbre blanca para degradar la lignocelulosa, se realizó un muestreo con 21 basidiomicetos en condiciones de fermentación en estado sólido, para comprobar su eficiencia en el pretratamiento de paja de trigo, complementándolo con un lavado alcalino suave que facilita la solubilización de la lignina y mejora el rendimiento de la hidrólisis enzimática. Se seleccionaron los hongos que produjeron un sustrato con mayor recuperación global de azúcares fermentables y se demostró que este pretratamiento combinado, a diferencia de la explosión a vapor, no produce compuestos indeseados que afecten negativamente a las etapas de hidrólisis y fermentación, pudiendo ser una alternativa a ciertos métodos físicoquímicos.
De entre los hongos previamente muestreados, se seleccionó Irpex lacteus por producir los mejores rendimientos del proceso en el menor tiempo de incubación. Tras ensayar diferentes condiciones de cultivo durante la fermentación en estado sólido con este hongo, se comprobó que la adición de Mn2+ mejoraba significativamente la recuperación de glucosa. La búsqueda de marcadores de la eficiencia del biopretratamiento resultó infructuosa ya que no se logró correlacionar claramente la recuperación final de azúcares con ciertos parámetros como la degradación de la lignina, la biomasa fúngica y/o las enzimas secretadas por este hongo. Con el propósito de analizar si el sistema enzimático secretado por I. lacteus tiene un papel esencial en la alta recuperación de azúcares obtenida tras el biopretratamiento de la paja de trigo, se analizó su secretoma y se comparó con el de Phanerochaete chrysosporium y Pleurotus ostreatus ya que produjeron patrones de degradación diferentes. I. lacteus produce una amplia batería de celulasas y hemicelulasas pero no aquellas que hidrolizan completamente la celulosa o hemicelulosa, como -glucosidasas o - xilosidasas. Además posee un sistema potente de degradación de la lignina, principalmente compuesto de peroxidasas y enzimas productoras de H2O2. Este perfil enzimático justifica un enriquecimiento del sustrato en azúcares, puesto que el hongo no los consume durante su crecimiento y además los deja más accesibles para las enzimas hidrolíticas. El análisis del secretoma de P. chrysosporium y P. ostreatus fue también coherente con sus patrones de degradación preferente de polisacáridos y lignina, respectivamente, secretando el primero más celulasas y hemicelulasas y el segundo más oxidorreductasas. Un estudio más en detalle de las peroxidasas secretadas por I. lacteus, puso de manifiesto que este tipo de enzimas se producen tanto en condiciones de fermentación en estado sólido como en medio líquido. Se detectaron peroxidasas que oxidan el manganeso (MnP) y un nuevo tipo de peroxidasa de alto potencial redox, que fue purificada y caracterizada como una peroxidasa decoloradora de tintes (DyP) muy estable a pH ácido, altas temperaturas y elevadas concentraciones de H2O2. Además, se ha comprobado que suplementando con DyP el cóctel empleado durante la hidrólisis enzimática de paja de trigo, se mejora significativamente la digestibilidad de la celulosa. Los resultados sugieren que esta nueva peroxidasa podría ser de gran interés para aumentar el rendimiento en la producción de etanol 2G a partir de este material lignocelulósico.
Finalmente, con el objetivo de buscar nuevas aplicaciones biotecnológicas para las peroxidasas fúngicas de alto potencial redox, se comprobó que tanto el crudo de I. lacteus (que contiene mayoritariamente MnP y DyP) como la peroxidasa versátil (VP) de Pleurotus eryngii son capaces de polimerizar lignanos, aunque esta última con mayor eficiencia. Tras este resultado, se seleccionó VP para catalizar la polimerización de otras moléculas como péptidos, proteínas y arabinoxilanos feruloilados, poniendo de manifiesto que es posible utilizar estas enzimas para generar productos con propiedades nuevas o diferentes.
Descripción196 p.-34 fig.-22 tab.-1 fig suppl.-1 tab suppl.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/127937
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