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Generación de ácidos grasos de cadena corta en la despolimerización de lignina residual de paja de trigo por Asepergillus fumigatus

Generación de ácidos grasos de cadena corta en la despolimerización de lignina residual de paja de trigo por Asepergillus fumigatus

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Resumen:
La lignina residual de paja de trigo (LIREPATO) podría ser materia prima para la generación de metabolitos de interés industrial como aromáticos y ácidos grasos de cadena corta (AGC2-6), si se utiliza los hongos mitospóricos ligninolíticos para despolimerizarla. Aunque se conoce la ruta de generación de los AGC2-6, no existen datos cuantitativos de su producción. Los objetivos de esta investigación fueron estudiar la despolimerización a distintas concentraciones de LIREPATO semipurificada por Aspergillus fumigatus e identificar si la producción de AGC2-6 es dependiente de la concentración de los aromáticos. A. fumigatus generó hasta 2805 mg L-1 de ácido acético en la concentración de 20 g L-1. Se concluyó que los aromáticos son un sustrato para la biosíntesis de AGC2-6 y que su producción depende de la concentración de aromáticos de la LIREPATO.

Production of short-chain fatty acids from the biodegradation of wheat straw lignin by Aspergillus fumigatus. Baltierra-Trejo E Sánchez-Yáñez J Buenrostro-Delgado O Márquez-Benavides L
Bioresource Technology. 2015 vol: 196 pp: 418-425

Resumen:
La lignina residual de paja de trigo (LIREPATO) podría ser materia prima para la generación de metabolitos de interés industrial como aromáticos y ácidos grasos de cadena corta (AGC2-6), si se utiliza los hongos mitospóricos ligninolíticos para despolimerizarla. Aunque se conoce la ruta de generación de los AGC2-6, no existen datos cuantitativos de su producción. Los objetivos de esta investigación fueron estudiar la despolimerización a distintas concentraciones de LIREPATO semipurificada por Aspergillus fumigatus e identificar si la producción de AGC2-6 es dependiente de la concentración de los aromáticos. A. fumigatus generó hasta 2805 mg L-1 de ácido acético en la concentración de 20 g L-1. Se concluyó que los aromáticos son un sustrato para la biosíntesis de AGC2-6 y que su producción depende de la concentración de aromáticos de la LIREPATO.

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  1. 1. 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,* INTRODUCCIÓN Se 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. lmarquez@umich.mx b Laboratorios de Microbiología Ambiental, IIQB. syanez@umich.mx c Estudiante Doctorado en Ciencias Biológicas. baltied@yahoo.com.mx 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 levaduras Lignina residual de paja de trigo (20 g L-1) Aspergillus fumigatus acético propiónico isobutírico butírico isovalérico valérico caproico 5788 2885 2845 2970 2786 2823 1079 Este trabajo Hemicelulosas de paja de trigo Pichia stipitis acético 2700 [3] Basidiomicetos Lignina purificada Nematoloma frowardii acético, fórmico, glioxílico, oxálico y malónico. N.E. [4] Tratamientos fisicoquímicos Paja 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 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1 2 3 4 Concentración(mg/L) Tiempo (semanas) Aspergillus fumigatus en lignina de paja de trigo 20 g/L Acético Propiónico Isobutírico Butírico Isovalérico Valérico Caproico Figura 2. Diseño experimental. Figura 3. Aspergillus fumigatus en la cinética de producción de ácidos grasos. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La 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). CONCLUSIÓN Es 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 CITADA 1. 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. AGRADECIMIENTOS Proyecto 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.

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