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Aprovechamiento novedoso de residuos agrícolas ( l ignina de paja) como fuente de
productos de interés biotecnológico
M.C. Eduardo Balt ierra Trejo
D r a . L i l i a n a M á r q u e z B e n a v i d e s D r. J u a n Ma n u e l S á n c h e z Y á ñ e z
D i r e c t o r a C o d i r e c t o r
C o c h a b a m b a , B o l i v i a , N o v i e m b r e 2 0 1 3
I I A F
IIQB
Kim & Dale, 2004 (Estimación de 1997-2001)
Residuo agrícola
Producción (millones de
Ton/año)Rastrojo de maíz 203.62Paja de cebada 58.45Paja de soya 10.62Paja de arroz 731.34Paja de trigo 354.35Paja de sorgo 10.32Bagazo de caña 180.73Subtotal 1549.42
Residuos agrícolas
Talebnia et a l . , 2010
Despolimerización de la lignina
Lignina de trigo
Físico-químicos
Ácido (H2SO4)
Alcalino (NaOH)
Agentes oxidantes (H2O2, O3)
Hidrotérmicos
Biológicos Basidiomicetos Ascomicetos
(a) (b)(a) (b)
Estructura de la pared celular vegetal Estructura química de la l ignina
Lignina residual de paja de trigo
Celulosa
HemicelulosaLignina
Metabolismo de despolimerización de lignina en ascomicetos
Enzimas ligninolíticas
Fenol oxidasas
Lacasa
Hemeperoxidasas
Lignina peroxidasa
Manganeso peroxidasa
S
G
H
Rastrojo linaza Rastrojo maíz Paja de trigo Paja de arroz0
20
40
60
80
100
120
SGH
Monómeros de lignina en pajas
Energía• Bioetanol• Biogás• Hidrógeno
Industriales
• Aromáticos• Fitohormonas• Alimento• Drogas• Cosméticos
Biorremediación
• Aromáticos y poliaromáticos
• Nitroaromáticos• Clorofenoles• Colorantes• Explosivos• Plaguicidas
Aplicaciones biotecnológicas
Antecedentes
Referencia Hongo Lignina Resultado
Varnaitė & Raudonienė (2005) Galactomyces geotrichum*Myrothecium verrucaria*
Centeno 5360
Sinegani et al., (2005) Armillaria sp., Polyporus sp.Phanerochaete chrysosporiumAspergillus terreus*Trichoderma reesei*
TrigoCebadaChícharoArroz
30364022
Zeng et al., (2006) Penicillium simplicissimum* Arroz 27
Chang et al., (2012) Phanerochaete chrysosporiumFusarium monoliforme*
Arroz 2835
Kluczek-Turpeinen et al., (2007) Paecilomyces inflatus* Trigo 20
Los ascomicetos realizan la despolimerización de la l ignina residual de paja de trigo (LIRPT) en aromáticos de manera más eficiente a la de los basidiomicetos en un tiempo relativamente corto.
Hipótesis
Objetivo generalRealizar la despolimerización de lignina residual de paja de
trigo (LIRPT) con ascomicetos para la obtención de aromáticos de interés biotecnológico.
Objetivos particularesSeleccionar AA con mayor potencial para la
despolimerización de la LIRPT.Determinar cualitativamente y cuantitativamente los
aromáticos producto de la despolimerización de la LIRPT.
Objetivos
Metodología
Paja
Tratamiento ácido térmico
Lignina
Despolimerizar
Aromáticos
CelulosaHemicelulosaLignina
CelulosaHemicelulosa
Ascomicetes
ácidos p-hidroxibenzoico, vanillínico, ferúlico y siríngico; vainillina y guayacol
Lac
LiP
MnPActividad enzimátic
a
Identificación de productos
1. Despolimerización de LIRPT por ascomicetos
Resultados
AT3 AT4 AT11 AT12 Ctrl05
10152025303540
Des
polim
eriz
ació
n (%
)
2. Actividad enzimática lacasa en ascomicetos
Resultados
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40
20
40
60
80
100
120
Penicillium AT3Penicillium AT4Aspergillus AT11Aspergillus AT12Control
Tiempo (semanas)
Act
ivid
ad e
nzim
átic
a (IU
)
2. Actividad enzimática lignina peroxidasa en ascomicetos
Resultados
0 1 2 3 40
5
10
15
20
25
Penicillium AT3Penicillium AT4Aspergillus AT11Aspergillus AT12Control
Tiempo (semanas)
Act
ivid
ad e
nzim
átic
a (IU
)
2. Actividad enzimática manganeso peroxidasa en ascomicetos
Resultados
0 1 2 3 40
2
4
6
8
10
12
Penicillium AT3Penicillium AT4Aspergillus AT11Aspergillus AT12Control
Tiempo (semanas)
Act
ivid
ad e
nzim
átic
a (IU
)
Resultados
G V H AV S F0
2
4
6
8
10
12
14
16
Penicillium AT3Penicillium AT4Aspergillus AT11Aspergillus AT12
Con
cent
raci
ón (m
g/m
L)
3. Producción de aromáticos por ascomicetes
Penicill ium AT4 realizó la despolimerización eficiente de LRPT (34.8%), superior a reportes de basidiomicetes.
Se indujo la actividad enzimática en un tiempo más corto que en basidiomicetes.
La producción de aromáticos fue similar a la de basidiomicetes.
Es necesaria la identificación de los monómeros aromáticos y ácidos grasos generados por cada ascomiceto, para la obtención de nuevos productos de interés biotecnológico (SPCV) o para su aprovechamiento como fuentes alternativas de energía (biogás).
Conclusiones
D.C. EDUARDO BALTIERRA TREJO
Art ículos Cient í f icos publ icados del autor: Bal t ierra-Tre jo, E. , Sánchez-Yáñez, J . M. , Buenrost ro-Delgado,
O. , & Márquez-Benav ides, L. (2015) . Product ion of shor t -chain fat ty ac ids f rom the b iodegradat ion of wheat s t raw l ign in by Aspergi l lus fumigatus. Bioresource Technology, 196 , 418-425.
Bal t ierra-Tre jo, E. , Márquez-Benav ides, L. , & Sánchez-Yáñez, J . M. (2015). Incons is tenc ies and ambigui t ies in ca lculat ing enzyme act iv i ty : The case of laccase. Journa l of Microbio logical Methods, 119 , 126-131.
Bal t ierra-Tre jo, E. , Márquez-Benav ides, L. , del Consuelo Hernández-Berr ie l , M. , & Sánchez-Yáñez, J . M. (2016). Aromat ic monomers generat ion by Aspergi l lus and Penic i l l ium spp f rom res idual wheat s t raw l ign in | Generac ión de monómeros aromát icos por Aspergi l lus y Penic i l lum spp a par t i r de l ign ina res idual de paja de t r igo. Vitae, 22 (3) , 197-204.
Bal t ierra-Tre jo, E. , Si lva-Espino, E. , Márquez-Benav ides, L. , & Sánchez-Yáñez, J . M. (2016) . Inducc ión de la degradac ión de l ign ina de paja de t r igo en aromát icos por Aspergi l lus spp. y Penic i l l ium chrysogenum. Journa l of the Selva Andina Research Soc iety, 7 (1) , 10-19.
ORCID: 0000-0002-9000-2987ResearcherID: B-6105-2016
D.C. EDUARDO BALTIERRA TREJO
Contacto:
E-mail: balt [email protected]
Facebook: @BaltierraT
Twitter: @Baltierra_Trejo
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
Instituto de Investigaciones Agropecuarias y Forestales
Laboratorio de Residuos Sólidos y Uso eficiente de Energía
Av. San Juanito Itzicuaro s/n Col. San Juanito Itzicuaro, Morelia Michoacán, México
C.P. 58341Tel. Tel. +52 (443)334 04 75 Ext 116
Agradecimientos
IIAF IIQB
Dra. Liliana Márquez Benavidez [email protected] Dr. Juan Manuel Sánchez Yáñez [email protected] M.C. Eduardo Baltierra Trejo [email protected]
