Enzima producida por hongo puede sustituir productos químicos en la industria del papel

Xilanasa producida por hongo puede obtenerse cultivando el microorganismo en bagazo de caña o salvado de trigo; la solución es una alternativa no contaminante en el blanqueamiento de pulpa de celulosa, que emplea un producto químico tóxico

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Un trío de investigadoras de la Universidad de São Paulo (USP) y de la Universidad Estatal Paulista (Unesp), en Brasil, desarrolló una forma de obtener una enzima, a partir de un hongo cultivado en residuos agrícolas, que promueve el blanqueamiento de la pulpa de celulosa, un proceso importante en la producción de papel.

El estudio, apoyado por la FAPESP, fue publicado en la revista Bio Resources.

El blanqueamiento de la pulpa de celulosa normalmente utiliza reactivos oxidantes a base de cloro, como el dióxido de cloro. Estos productos químicos son altamente tóxicos y pueden contaminar efluentes e incluso la atmósfera, liberando gases nocivos para la salud humana.

Entre las ventajas, además de su producción a partir de residuos agrícolas, la enzima presenta una estabilidad térmica superior a la de muchas enzimas fúngicas descritas en la literatura científica, lo que amplía sus posibilidades de aplicación en la industria.

“Esta es una alternativa más sostenible para la industria papelera, que reduce el uso de productos químicos tóxicos y cuyos resultados tienen un buen potencial de aplicación. Como Brasil ocupa una posición destacada en la producción mundial de celulosa de eucalipto, el desarrollo de tecnologías de blanqueamiento más limpias es especialmente estratégico para el país”, explica Diandra de Andrades, primera autora del estudio, realizado como parte de su posdoctorado en la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) de la USP, con beca de la FAPESP.

El trabajo forma parte de las actividades del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología del Bioetanol (INCT Bioetanol) y está relacionado con dos proyectos apoyados por la FAPESP (23/01547-5 y 18/07522-6), ambos coordinados por Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli, profesora de la FFCLRP-USP, quien también firma el artículo. 

La enzima obtenida fue la xilanasa, que degrada la xilana, una hemicelulosa presente en la pared celular de las plantas, como el eucalipto, y puede utilizarse en la producción de papel y celulosa. La xilanasa facilita la eliminación de fracciones de xilana asociadas a la lignina residual en la pulpa tras la cocción de la madera en la industria, contribuyendo al aumento de la blancura y a una mayor eficiencia de las etapas posteriores de blanqueamiento de la celulosa.

La xilanasa fue extraída de Aspergillus caespitosus, un hongo del suelo descrito en 1944 en Estados Unidos y aislado en la USP en 2001, a partir de muestras recolectadas en el campus de Ribeirão Preto.

Las investigadoras cultivaron el hongo en dos residuos agrícolas, bagazo de caña de azúcar y salvado de trigo, mediante el método de fermentación en estado sólido. Ambos sustratos resultaron muy ventajosos debido a su bajo costo, la facilidad de crecimiento fúngico y la alta producción de xilanasa.

El aprovechamiento del bagazo de caña y del salvado de trigo sitúa el proceso dentro del concepto de bioeconomía circular, agregando valor a residuos agroindustriales abundantes en Brasil.

“El bagazo de caña se volvió más eficiente cuando realizamos un pretratamiento con hidróxido de sodio [soda cáustica], que separa la celulosa de la hemicelulosa y de la lignina, facilitando la penetración del hongo en las fibras. El salvado de trigo, por su parte, no requirió pretratamiento por tener buena disponibilidad de carbono, la principal fuente de energía del hongo”, explica Polizeli.

La investigadora destaca, sin embargo, que un factor importante a considerar en la elección del sustrato es la disponibilidad local, ya que esta puede implicar un aumento de costos. En regiones con alta producción de azúcar y etanol, como el interior del estado de São Paulo, el bagazo de caña sería el sustrato más indicado, incluso considerando la necesidad de pretratamiento. En regiones productoras de trigo, como el estado de Rio Grande do Sul, el salvado de trigo sería más adecuado.

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Etapas utilizadas en el blanqueamiento de la pulpa de celulosa a partir de astillas (material triturado) de eucalipto. Las leyendas de cada muestra describen las etapas del proceso industrial o los principales reactivos utilizados (foto: Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli/FFCLRP-USP)

Proceso

El blanqueamiento de la pulpa no puede realizarse completamente con enzimas fúngicas porque requiere altas temperaturas, que las enzimas no soportan. Sin embargo, a lo largo de los años, el grupo liderado por Polizeli ha demostrado que la enzima de Aspergillus caespitosus tolera temperaturas en torno a los 60 °C, mientras que muchos hongos no superan mucho más de los 40 °C.

“A medida que avanza el proceso de blanqueamiento en la fábrica, las temperaturas se van reduciendo. Con ello, nuestra enzima puede utilizarse en las últimas etapas del proceso, en las que la temperatura es cercana a los 60 °C, actuando como un paso complementario al blanqueamiento químico convencional y reduciendo la necesidad de dióxido de cloro y, en consecuencia, la carga química del proceso”, señala Polizeli.

Actualmente, el grupo busca formas de inmovilizar la enzima en algún soporte químico, de modo que pueda reutilizarse más veces e incluso soportar temperaturas más elevadas.

Una apuesta prometedora son las nanopartículas magnéticas combinadas con nanocelulosa, que podrían servir, inclusive, para enzimas utilizadas en otras industrias, como en la producción de bioetanol. Los resultados refuerzan el potencial de la biodiversidad brasileña como fuente de biotecnologías sostenibles con aplicación industrial.

El artículo Agro-residue valorization for thermostable xylanase production by Aspergillus caespitosus and its eco-friendly application in pulp biobleaching puede leerse en: bioresources.cnr.ncsu.edu/resources/agro-residue-valorization-for-thermostable-xylanase-production-by-aspergillus-caespitosus-and-its-eco-friendly-application-in-pulp-biobleaching/.