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

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.