{"id":480039,"date":"2023-06-08T11:06:23","date_gmt":"2023-06-08T14:06:23","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=480039"},"modified":"2024-02-23T23:22:58","modified_gmt":"2024-02-24T02:22:58","slug":"compuestos-naturales-pueden-incrementar-la-produccion-de-etanol-de-bagazo-de-cana-de-azucar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/compuestos-naturales-pueden-incrementar-la-produccion-de-etanol-de-bagazo-de-cana-de-azucar\/","title":{"rendered":"Compuestos naturales pueden incrementar la producci\u00f3n de etanol de bagazo de ca\u00f1a de az\u00facar"},"content":{"rendered":"

La aplicaci\u00f3n de una dosis \u00fanica de compuestos naturales puede provocar cambios sutiles en las paredes celulares de la ca\u00f1a de az\u00facar aumentando la eficiencia del proceso de obtenci\u00f3n de etanol de segunda generaci\u00f3n, que en Brasil se produce a partir del bagazo y la paja de este cultivo. Un art\u00edculo publicado en diciembre del a\u00f1o pasado en la revista cient\u00edfica Biomass and Bioenergy<\/em> sugiere que este tipo de procedimiento puede dar lugar a un aumento de un 120 % del \u00edndice de sacarificaci\u00f3n del bagazo de la ca\u00f1a de az\u00facar al cabo de 12 meses, al momento de la cosecha. Tambi\u00e9n denominada hidr\u00f3lisis, la sacarificaci\u00f3n es el proceso qu\u00edmico que, mediante el uso de enzimas, convierte a las mol\u00e9culas complejas de hidratos de carbono como la celulosa y la hemicelulosa, que no fermentan, en az\u00facares simples como la sacarosa, capaces de transformarse en etanol.<\/p>\n

\u201cSi se los aplica en exceso, estos compuestos pueden matar a una planta, pero en los experimentos de campo utilizamos dosis muy bajas, que se eliminan r\u00e1pidamente y, aun as\u00ed, promueven los cambios que buscamos\u201d, dice el bioqu\u00edmico Wanderley Dantas dos Santos, de la Universidad Estadual de Maring\u00e1 (UEM), autor principal del art\u00edculo. \u201cNo detectamos ning\u00fan efecto colateral indeseable: las plantas crecieron normalmente y no se registraron p\u00e9rdidas de productividad\u201d. Dantas dos Santos estudia esta estrategia desde 2008, cuando realiz\u00f3 una pasant\u00eda posdoctoral en el equipo del bot\u00e1nico Marcos Buckeridge en el Instituto de Biociencias de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IB-USP).<\/p>\n

Desde la \u00f3ptica de los autores del trabajo, este enfoque, denominado ingenier\u00eda fisiol\u00f3gica, ser\u00eda una alternativa m\u00e1s sencilla que tratar de promover alteraciones en el ADN de la ca\u00f1a con el prop\u00f3sito de conseguir que su biomasa fermente con mayor facilidad. El genoma de la ca\u00f1a de az\u00facar es extenso y complejo, contiene m\u00e1s de 100 cromosomas, varios de ellos repetidos, una caracter\u00edstica que dificulta la creaci\u00f3n de linajes transg\u00e9nicos viables. La obtenci\u00f3n del etanol de primera generaci\u00f3n, que representa m\u00e1s del 98 % de la producci\u00f3n nacional de este biocombustible, no requiere la etapa de hidr\u00f3lisis o sacarificaci\u00f3n. Los az\u00facares del jugo de la ca\u00f1a de az\u00facar o de la melaza fermentan naturalmente.<\/p>\n

M\u00e1s all\u00e1 de los resultados positivos con el bagazo de la ca\u00f1a, el tratamiento con estas sustancias increment\u00f3 en un 36 % la sacarificaci\u00f3n de la soja 90 d\u00edas despu\u00e9s de la aplicaci\u00f3n de los compuestos. En el caso del pasto Brachiaria<\/em>, utilizado como pastura para el ganado bovino, el aumento fue de un 21 % al cabo de 40 d\u00edas de haber utilizado los compuestos. \u201cEl objetivo principal del experimento era la ca\u00f1a de az\u00facar, pero este procedimiento tambi\u00e9n puede producir un pasto aparentemente m\u00e1s f\u00e1cil de digerir y una soja con una c\u00e1scara m\u00e1s resistente al impacto mec\u00e1nico, algo deseable para la industria\u201d, comenta Buckeridge, coordinador del equipo del estudio y del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda del Bioetanol, financiado por la FAPESP y por el Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq) de Brasil. El trabajo tambi\u00e9n cont\u00f3 con el apoyo del Centro de Investigaci\u00f3n e Innovaci\u00f3n en Gases de Efecto Invernadero (RCGI), una iniciativa financiada por la Fundaci\u00f3n y por la multinacional Shell, del \u00e1rea del petr\u00f3leo y la energ\u00eda.<\/p>\n

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Debora Leite\u2009\/\u2009Marcos Buckeridge<\/span>Imagen de microscop\u00eda electr\u00f3nica que muestra la presencia de lignina (pintada de amarillo<\/em>) en la pared celular del tallo de la ca\u00f1a de az\u00facarDebora Leite\u2009\/\u2009Marcos Buckeridge<\/span><\/p><\/div>\n

Se probaron tres compuestos que funcionan como inhibidores de enzimas asociadas a la s\u00edntesis de la lignina en la ca\u00f1a de az\u00facar y otras plantas: \u00e1cido metilendioxicin\u00e1mico (MDCA), \u00e1cido piperon\u00edlico (PIP) y daidze\u00edna (DZN). Junto con la celulosa y la hemicelulosa, la lignina, una mol\u00e9cula arom\u00e1tica, est\u00e1 presente en la pared celular de las plantas terrestres, a las que les confiere resistencia mec\u00e1nica y rigidez, adem\u00e1s de oficiar como barrera al ingreso de pat\u00f3genos. Si no existiera la lignina, las plantas, literalmente, no podr\u00edan mantenerse erguidas y no tendr\u00edan un sistema vascular impermeable capaz de transportar agua desde las ra\u00edces hasta su tronco.<\/p>\n

Se diluyeron en agua diferentes dosis de los compuestos y se rociaron sobre las hojas y ra\u00edces de las plantas en distintas etapas de su crecimiento. Al final del experimento, los investigadores determinaron el mejor momento y la dosis m\u00e1s eficaz para la aplicaci\u00f3n de las sustancias. El PIP fue el compuesto que ofreci\u00f3 un mejor desempe\u00f1o.<\/p>\n

Grosso modo<\/em>, la mitad del bagazo de la ca\u00f1a de az\u00facar est\u00e1 compuesto por celulosa, una cuarta parte por hemicelulosa y el cuarto restante por lignina. Aunque esencial para la planta, la lignina es un compuesto que dificulta la obtenci\u00f3n de etanol de segunda generaci\u00f3n. Al no ser un az\u00facar, no fermenta. Pero ese no es el problema. Su presencia en la biomasa de la ca\u00f1a hace m\u00e1s complejo y costoso el proceso de transformar los carbohidratos largos de la celulosa y la hemicelulosa, originalmente no fermentables, en az\u00facares simples, aptos para transformarse en etanol. Adem\u00e1s de lo trabajoso que resulta separarla de la celulosa y la hemicelulosa presentes en la pared celular, la lignina produce sustancias que dificultan el proceso qu\u00edmico de sacarificaci\u00f3n.<\/p>\n

Hoy en d\u00eda, para que se produzca la hidr\u00f3lisis de la biomasa de la ca\u00f1a de az\u00facar, se le aplican tratamientos t\u00e9rmicos y un c\u00f3ctel de enzimas al bagazo de la planta. Esta etapa es la que m\u00e1s encarece el proceso de producci\u00f3n del etanol de segunda generaci\u00f3n y representa al menos un 30 % de su costo final. \u201cSencillamente, no es posible reducir la cantidad de lignina de una planta. Esto ser\u00eda perjudicial para el organismo\u201d, comenta Buckeridge. \u201cCuando examinamos en el microscopio la pared celular de la ca\u00f1a de az\u00facar sometida al tratamiento con los compuestos, no observamos ninguna diferencia. Las alteraciones ser\u00edan muy sutiles\u201d.<\/p>\n

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Wanderley Dantas dos Santos\u2009\/\u2009UEM\u2002<\/span>Las plantas de ca\u00f1a de az\u00facar que fueron tratadas con moduladores de lignina en Maring\u00e1Wanderley Dantas dos Santos\u2009\/\u2009UEM\u2002<\/span><\/p><\/div>\n

En el art\u00edculo, los investigadores dicen que el uso de los compuestos no redujo la cantidad total de lignina en el bagazo de la ca\u00f1a. Tampoco modific\u00f3 su composici\u00f3n. Sin embargo, descubrieron que la concentraci\u00f3n de este pol\u00edmero org\u00e1nico presentaba cambios en los diferentes tejidos de la planta. Era levemente mayor en la parte fibrosa y en los vasos conductores y disminu\u00eda en el par\u00e9nquima, un tejido de relleno de las plantas. Es probable que esta redistribuci\u00f3n de la lignina en las diferentes partes de la ca\u00f1a de az\u00facar haya sido la responsable de la mayor eficiencia de sacarificaci\u00f3n registrada en el estudio.<\/p>\n

Para el bioqu\u00edmico Mario Murakami, director cient\u00edfico del Laboratorio Nacional de Biorrenovables (LNBR), de Campinas, vinculado al Ministerio de Ciencia, Tecnolog\u00eda e Innovaci\u00f3n (MCTI), el empleo de compuestos que modulan la s\u00edntesis de la lignina es un enfoque interesante para tratar de aumentar la eficiencia del proceso de obtenci\u00f3n de etanol de segunda generaci\u00f3n. \u00c9l considera que los resultados presentados por sus colegas de la UEM y la USP son prometedores, pero necesitan ser validados en las condiciones que habitualmente emplea la industria. \u201cEstos experimentos deben llevarse a cabo en condiciones similares a las que utilizan las empresas que producen etanol de segunda generaci\u00f3n para comprobar si el aumento de sacarificaci\u00f3n se mantiene y no hay p\u00e9rdida de eficiencia en el proceso\u201d, comenta Murakami. \u201cTambi\u00e9n se necesita saber cu\u00e1l ser\u00eda el impacto eventual del uso de estos compuestos en el costo de producci\u00f3n del etanol de segunda generaci\u00f3n\u201d.<\/p>\n

Estos interrogantes pronto ser\u00e1n dilucidados. Santos y Buckeridge informan que Ra\u00edzen, una de las empresas que producen etanol de segunda generaci\u00f3n en Brasil (la otra es GranBio), comenzar\u00e1 a realizar ensayos con el empleo de los compuestos moduladores de la lignina en un \u00e1rea de producci\u00f3n piloto en este mismo semestre. \u201cEs posible que de aqu\u00ed a un a\u00f1o tengamos una noci\u00f3n m\u00e1s clara de si el aumento de la sacarificaci\u00f3n se mantiene en una producci\u00f3n comercial\u201d, estima el investigador de la UEM. El nuevo experimento que lleva a cabo la empresa, una joit-venture<\/em> con Shell y el grupo empresario brasile\u00f1o Cosan, forma parte de las actividades de investigaci\u00f3n del RCGI.<\/p>\n

Los investigadores que participan en los estudios apuestan a que los moduladores de la lignina, que tambi\u00e9n pueden producirse en forma sint\u00e9tica en laboratorio, en el futuro podr\u00edan convertirse en un producto comercial para el sector del az\u00facar y alcohol y, tal vez, para otros segmentos del agro. Ya han obtenido una patente del uso en cultivos agr\u00edcolas en Brasil, y Santos, junto a un grupo de alumnos del Departamento de Bioqu\u00edmica de la UEM, crearon una startup<\/em> \u2013BioSolutions\u2013 para intentar comercializar los compuestos. La empresa creada en 2021 cuenta con el respaldo del Servi\u00e7o Brasileiro de Apoio \u00e0s Micro e Pequenas Empresas (Sebrae) del estado de Paran\u00e1 y del Instituto Tim.<\/p>\n

En busca de un c\u00f3ctel de enzimas mejor
\n<\/strong>La degradaci\u00f3n de la pared celular de la ca\u00f1a de az\u00facar en az\u00facares fermentables depende de la acci\u00f3n de este producto<\/em><\/p>\n

El uso de un c\u00f3ctel enzim\u00e1tico que promueva la hidr\u00f3lisis de la celulosa y la hemicelulosa constituye un paso esencial para la producci\u00f3n de etanol de segunda generaci\u00f3n. Mediante la acci\u00f3n de un conjunto de enzimas, los carbohidratos largos y complejos de esos dos componentes del bagazo de la ca\u00f1a de az\u00facar se descomponen en az\u00facares menores, como glucosa y xilosa, que pueden fermentarse. El mercado de enzimas para esta finalidad est\u00e1 dominado por la empresa danesa Novozymes. \u201cEl empleo del c\u00f3ctel enzim\u00e1tico representa entre un 30 % y un 50 % del costo de producci\u00f3n final del etanol de segunda generaci\u00f3n\u201d, dice el bioqu\u00edmico Mario Murakami, director cient\u00edfico del Laboratorio Nacional de Biorrenovables (LNBR). Es por ello que grupos de investigaci\u00f3n brasile\u00f1os buscan alternativas m\u00e1s baratas e, idealmente, m\u00e1s eficientes que los productos actualmente disponibles.<\/p>\n

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Maxuel de Oliveira Andrade\u2009\/\u2009Renata rabelo\u2009\/\u2009LNBR<\/span>Se modificaron seis genes del hongo Trichoderma reesei para mejorar su acci\u00f3n degradadora de la pared celular de la ca\u00f1a de az\u00facarMaxuel de Oliveira Andrade\u2009\/\u2009Renata rabelo\u2009\/\u2009LNBR<\/span><\/p><\/div><\/p>\n

Mediante el empleo de la t\u00e9cnica de edici\u00f3n gen\u00f3mica Crispr-Cas9, un equipo coordinado por Murakami modific\u00f3 en 2019 seis genes del hongo Trichoderma reesei<\/em> para maximizar su producci\u00f3n de enzimas de inter\u00e9s biotecnol\u00f3gico, especialmente las que se utilizan para la hidr\u00f3lisis de biomasa vegetal. Los hongos de este g\u00e9nero se utilizan para la elaboraci\u00f3n del c\u00f3ctel enzim\u00e1tico que se comercializa para promover la sacarificaci\u00f3n del bagazo de la ca\u00f1a de az\u00facar y hacer posible la producci\u00f3n de etanol de segunda generaci\u00f3n. En un trabajo publicado a finales de 2022 en la revista Bioresource Tecnology<\/em>, los investigadores del LNBR informaron que consiguieron reducir el plazo de producci\u00f3n de las enzimas de 14 a 9 d\u00edas. \u201cNuestro c\u00f3ctel enzim\u00e1tico es barato y estable. La caducidad del producto es de un a\u00f1o a temperatura ambiente\u201d, dice Murakami. Ya ha sido probado en la planta piloto del laboratorio y consigui\u00f3 degradar aproximadamente un 60 % de los carbohidratos largos de la biomasa de la ca\u00f1a de az\u00facar, un rendimiento similar al que presentan algunos de los productos comerciales.<\/p>\n

Para el bot\u00e1nico Marcos Buckeridge, del Instituto de Biociencias de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IB-USP), hay que utilizar diferentes microorganismos para tratar de producir c\u00f3cteles enzim\u00e1ticos que promuevan una hidr\u00f3lisis m\u00e1s simple y m\u00e1s eficiente. Aparte del conocido T. reesei<\/em>, se han estudiado como posibles fuentes de enzimas otros hongos de origen amaz\u00f3nico, insectos tales como las cucarachas y la propia ca\u00f1a de az\u00facar, que podr\u00edan ser \u00fatiles para mejorar este proceso. \u201cEl origen de las enzimas no es relevante\u201d, comenta el investigador de la USP. \u201cLo que necesitamos es dominar la tecnolog\u00eda de producci\u00f3n de un c\u00f3ctel enzim\u00e1tico eficiente. El alto costo del producto importado ahuyenta las inversiones en el segmento del etanol de segunda generaci\u00f3n\u201d.<\/div>\n

Proyectos
\n1.<\/strong> INCT 2014: Instituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda del Bioetanol (n\u00ba 14\/50884-5<\/a>); Modalidad<\/strong> Proyecto Tem\u00e1tico; Convenio<\/strong> CNPq-INCT; Investigador responsable<\/strong> Marcos Buckeridge (USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 5.261.561,47.
\n2.<\/strong> Centro de Investigaci\u00f3n e Innovaci\u00f3n en Gases de Efecto Invernadero \u2013 RCG2I (n\u00ba 20\/15230-5<\/a>) Modalidad<\/strong> Programa Centros de Investigaci\u00f3n en Ingenier\u00eda; Convenio<\/strong> BG E&P Brasil (Grupo Shell); Investigador responsable <\/strong>Julio Meneghini (USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 13.604.936,28.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/strong>SANTOS, W. D. et al<\/em>. Natural lignin modulators improve lignocellulose saccharification of field-grown sugarcane, soybean, and brachiaria<\/a>. Biomass and Bioenergy<\/strong>. 5 dic. 2022.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un tratamiento aplicado en el cultivo facilita la obtenci\u00f3n de la energ\u00eda almacenada en la celulosa de las plantas","protected":false},"author":13,"featured_media":480044,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[276,296],"coauthors":[101],"class_list":["post-480039","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-bioenergia-es","tag-energia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/480039","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/13"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=480039"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/480039\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":504799,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/480039\/revisions\/504799"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/480044"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=480039"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=480039"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=480039"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=480039"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}