Facultad de Química/instituto de Biotecnología, 2021
El agave es una especie suculenta que ha sido utilizada en Mesoamérica por más de 9 mil años para la obtención de fibras, azúcares y en México, en la fabricación de bebidas.
Estas últimas ocupan el principal uso del agave en nuestro país. Anualmente se emplean 1.5 millones de toneladas de esta planta en la elaboración de bebidas como tequila, mezcal, sotol, bacanora y raicilla.
Luego de extraer del agave todos los compuestos requeridos para la fabricación de los licores, queda un remanente vegetal que se conoce como bagazo, del que se generan al año alrededor de 360 mil toneladas. Este residuo agroindustrial es abundante en la zona de denominación del tequila.
El bagazo de agave es valioso como precursor de compuestos que podrían ser aprovechados en diferentes industrias, por ejemplo, en la producción de biocombustibles como el etanol.
Al disponer de materia prima para obtener este biocombustible, crece la posibilidad de impulsar la construcción de biorrefinerías, las cuales se vislumbran como sustitutas de las refinerías productoras de gasolinas y otros derivados del petróleo.
Históricamente no se le ha dado un uso importante al bagazo de agave, siendo la industria de papel y de fibras las únicas que han mostrado algún interés en este material, aunque solamente a pequeñas escalas de producción. De ahí que la mayor parte de este bagazo resultante puede considerarse como un subproducto de desecho que se incinera o se descarga en suelos y aguas, generando contaminación.
Recientemente, el uso del bagazo de agave ha cobrado importancia para la obtención de productos de interés industrial como biopolímeros, biocombustibles, tensoactivos y quelantes entre otros, esto debido a que sus compuestos pueden ser convertidos, ya sea por métodos biotecnológicos o químicos, en otras moléculas de utilidad, que purificadas, le otorgan un valor agregado al desecho.
Las moléculas obtenidas (valiosas)
Para comprender cómo se convierte el bagazo de agave en los productos mencionados, debemos entender su composición en una estructura denominada lignocelulósica.
La lignocelulosa es un material encontrado ampliamente en la naturaleza. Tiene una composición compleja conformada principalmente por dos polímeros de carbohidratos: celulosa y hemicelulosa, y un polímero aromático: lignina. Un ejemplo de lignocelulosa que a diario vemos es el tronco de un árbol.
Los polímeros naturales son moléculas de gran tamaño conformadas por moléculas simples llamadas monómeros, que unidas por enlaces químicos. La celulosa se encuentra construida de moléculas de glucosa, perteneciente al grupo de las hexosas o azúcares de seis carbonos; la hemicelulosa está formada principalmente de monómeros de xilosa que es un azúcar de cinco carbonos o pentosa, y la lignina es un polímero amorfo de compuestos aromáticos y otras moléculas.
De igual forma, aunque en cantidades muy pequeñas, hacen parte de la estructura lignocelulósica otros azúcares, como arabinosa, manosa o galactosa. Las unidades más simples de estos polímeros tienen gran variedad de aplicaciones y en el caso de los azúcares como la glucosa, la encontramos en productos que consumimos a diario.
La glucosa es un monosacárido que podemos encontrar en diversos alimentos como las frutas y la miel; su uso más común es como endulzante de alimentos; sin embargo, los jarabes de glucosa también son empleados en la industria alimenticia de panadería, helados y repostería como estabilizantes, conservantes y agentes higroscópicos.
Cuando el bagazo de agave es sometido a ciertos procesos, la estructura lignocelulósica se rompe fragmentándose en los tres componentes principales y liberando los azúcares que contiene.
Dentro de este tipo de metodologías se encuentran los tratamientos termoquímicos, como por ejemplo el tratamiento del bagazo con ácidos diluidos en agua a temperaturas superiores a 130°C, que rompen principalmente la hemicelulosa y liberan xilosa, celulosa amorfa y lignina.
Sin embargo, la alta cristalinidad del polímero de celulosa, esto es, el extremo orden de sus cadenas poliméricas, la hace un material difícil de hidrolizar o romper en su unidad más simple: la glucosa, la fuente de carbono más apreciada en el campo de la biotecnología.
Por tanto, es necesario otro tipo de tratamiento para obtener esas codiciadas moléculas de glucosa, por ejemplo, el uso de mezclas de enzimas, conocidas como cocteles enzimáticos, se ha vuelto frecuente. Las enzimas son pequeños catalizadores bioquímicos, es decir, aumentan la velocidad de reacciones y reducen la energía requerida para que se lleven a cabo.
En el caso de la celulosa se requieren varias enzimas, denominadas en su conjunto celulasas, para lograr una hidrólisis o rompimiento eficiente en moléculas de glucosa.
Las endocelulasas se encargan de romper los enlaces no covalentes de la estructura amorfa de la celulosa dando lugar a cadenas más pequeñas del polímero de celulosa; las exocelulasas rompen el enlace glucosídico denominado β 1-4, el cual une los monómeros de glucosa, de los extremos de las cadenas generadas por las enzimas endocelulasas en pequeños fragmentos de 2 a 4 unidades de glucosa, y las celobiasas o β-glucosidasas, que catalizan la ruptura de los enlaces β 1-4 de los fragmentos pequeños obtenidos por acción de las enzimas exocelulasas, generando moléculas de glucosa libres.
Referencias:
Facultad de Química/Instituto de Biotecnología. (28 de Abril de 2021). Ciencia UNAM. Obtenido de Bagazo de agave: de desecho agroindustrial a materia prima en las biorrefinerías: http://ciencia.unam.mx/leer/1112/bagazo-de-agave-de-desecho-agroindustrial-a-materia-prima-en-las-biorrefinerias-
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