La aplicación de la
biotecnología en la transformación de los materiales lignocelulósicos es un
área de investigación prioritaria a nivel mundial. La necesidad de
hacer frente a la creciente demanda energética y de productos químicos, la
limitada disponibilidad de los recursos fósiles y el calentamiento global, provocado por la emisión de gases con efecto invernadero, hace necesario el
uso de otros recursos de una forma sostenible. En este contexto la
lignocelulosa (residuos agrícolas, forestales e industriales y cultivos
industriales y energéticos) es una excelente alternativa como materia prima
renovable para la producción de bienes de consumo de elevada demanda.
Por otro lado, el
conocimiento de los mecanismos enzimáticos y moleculares de la biodegradación
de la lignocelulosa ha abierto las puertas a la Biotecnología como alternativa
económica y no contaminante para la transformación de los materiales
lignocelulósicos. El desarrollo de nuevas técnicas de biología molecular,
ingeniería de proteínas, diseño computacional y biología de sistemas, junto con
los avances en ingeniería de procesos ha propiciado la mejora de los procesos
biológicos con aplicación industrial.
Uno de los campos donde
más se ha puesto de manifiesto la contribución de la biotecnología en el
desarrollo de procesos industriales más limpios y eficientes, y donde el
consorcio científico-tecnológico de los integrantes de la Red ha alcanzado
logros de gran relevancia, es en la industria papelera. En ella, la aplicación
de xilanasas para el blanqueo de la pasta de papel (biobleaching) es una
práctica generalizada que proporciona ahorro en blanqueantes químicos y la
consiguiente reducción en el vertido de organoclorados tóxicos. El éxito de la
biotecnología en el blanqueo ha sido posible gracias al conocimiento detallado
de las enzimas y mecanismos moleculares implicados en la degradación de la
hemicelulosa.
Asimismo, los avances en
la caracterización de los sistemas enzimáticos implicados en la biodegradación
de la lignina, ha permitido constatar el enorme potencial biotecnológico de las
enzimas lignolíticas(lacasas y peroxidasas ligninolíticas) en el sector
industrial de los productos forestales derivados de la madera. Así por ejemplo,
se ha demostrado la elevada eficacia de los sistemas lacasa-mediador para
blanquear pastas madereras y no madereras como el lino o el cáñamo (de difícil
tratamiento por procesos físico-químicos) así como también para eliminar los
depósitos de “pitch”(extraíbles lipofílicos) que se acumulan en las pastas y
los circuitos, o para reducir la toxicidad de sus efluentes. Por otro lado, y
en consonancia con el concepto de "biorrefinería integrada", se está
trabajando en el aprovechamiento de las ligninas residuales generadas durante
la fabricación de la pasta de celulosa (para la producción de papel y otros
productos). Su polimerización catalizada enzimáticamente es un paso adelante
para la obtención de surfactantes o adhesivos a base de lignina.
El enorme potencial de
aplicabilidad de las lacasas también se ha puesto de manifiesto en la
funcionalización de fibras de celulosa para conferir nuevas propiedades al
papel. Conjuntamente al desarrollo de métodos de producción menos contaminantes,
la presión social ha propiciado el uso de materias primas alternativas a la
madera, tales como el papel reciclado. En este campo, el uso de enzimas
(celulasas, xilanasas y lipasas) para el destintado de las fibras celulósicas (deinking)
o para la mejora de sus propiedades mecánicas (biorefining) está siendo
ampliamente estudiado para mejorar la calidad del papel, aumentar la
rentabilidad económica del reciclado, así como para la obtención de nuevos
productos industriales.
Las herramientas biotecnológicas
desarrolladas a partir del conocimiento de la biodegradación de la
lignocelulosa tienen aplicación también en otras industrias como la textil. Baste como ejemplo destacar el empleo de
lacasas comerciales para teñir el tejido denimo el desarrollo de
celulasas alcalinas para mejorar la rentabilidad del efecto "lavado a la
piedra" (biostoning), minimizando los costes energéticos y
ambientales. En este sector industrial presenta también gran relevancia el
estudio de la degradación microbiana y enzimática de colorantes para el
desarrollo de bioprocesos de detoxificación de efluentes. En la industria agroalimentariael estudio de los mecanismos
moleculares y enzimas implicadas en la biodegradación de los residuos de la
industria aceitera (alperujo), posibilita el aprovechamiento y eliminación de
los mismos, minimizando el impacto ambiental de compuestos de elevada toxicidad
y difícil degradación.
Por otra parte, la
utilización de residuos agrícolas o forestales para su conversión en etanol
como combustible de segunda generación, auspiciada por la política energética
de la UE (Plan de Acción sobre la Biomasa, 2006), es uno de los principales
retos actuales en biotecnología. Sin embargo, la conversión de la biomasa
lignocelulósica por hidrólisis enzimática y fermentación a etanol no es todavía
una tecnología estándar. El desarrollo de nuevos métodos biotecnológicos que
reduzcan la generación de inhibidores durante la etapa de pretratamiento
termoquímico de la biomasa, la obtención de enzimas hidrolíticas más eficaces y
nuevas cepas de levaduras que puedan llevar a cabo la co-fermentación de
pentosas (de las hemicelulosas) y hexosas, o la unificación de las etapas de
hidrólisis y fermentación en una misma etapa son objeto de un gran esfuerzo
investigador en la actualidad que puede contribuir de forma significativa a la
obtención de bioetanol de
segunda generación a nivel
industrial.