(Phys.org) —La lignina es un componente importante de la pared celular en las células vegetales y es responsable de las estructuras rígidas, como la corteza de los árboles. Es un polímero orgánico insoluble en agua, y encierra fibras de celulosa mediante la unión a varios polisacáridos que se conocen colectivamente como hemicelulosas. Parte del proceso de fabricación del papel es eliminar la lignina, o deslignificación. Adicionalmente, hay mucho interés en encontrar simples, Formas ecológicas de eliminar la lignina para acceder a la celulosa para biocombustibles y para utilizarla como bioproducto. Sin embargo, Los procesos de deslignificación tienden a implicar condiciones duras, como altas temperaturas y presión, y requieren reactivos cáusticos.

Varios investigadores provenientes de instituciones en China, Finlandia, y los Estados Unidos, dirigido por el Dr. Junyong Zhu del Laboratorio de Productos Forestales del USDA en Madison, Wisconsin, han demostrado que el ácido p-toluenosulfónico sirve como un buen hidrotropo para la solubilización casi completa de la lignina de la madera a temperaturas de ochenta grados o menos. Es más, este proceso toma menos de la mitad del tiempo requerido en los procesos típicos de deslignificación. Este hidrotropo dejó intacta gran parte de la estructura de la lignina, permitió la separación de otros azúcares de la muestra de madera, y reutilización demostrada. Su estudio aparece en Avances de la ciencia .
Una forma de recuperar polisacáridos puros de la biomasa linocelulósica es separar la lignina. Esto se logra mejor en un sistema acuoso que en solventes debido a los costos de recuperación de solventes y preocupaciones ambientales. Los hidrótropos son una buena opción para solubilizar los componentes de lignina normalmente insolubles en agua, dejando atrás azúcares insolubles en agua. Ácido p-toluenosulfónico, o p-TsOH, tiene una porción hidrófila (ácido sulfónico) y una porción hidrófoba (tolueno), haciéndolo un buen candidato para un hidrotropo eficaz.

Después de probar las partículas de álamo NE22 molidas por Wiley con p-TsOH en varias concentraciones, temperaturas y tiempos de reacción, los autores encontraron que p-TsOH en concentraciones lo suficientemente altas como para formar grupos agregados y a temperaturas de 80ºC o menos ^o C resultó solubilizado al 90% de la lignina en la muestra, haciendo dos fracciones. Una fracción sólida contenía principalmente celulosa que era insoluble en agua y se puede utilizar para producir nanomateriales de celulosa, o fibras, o azúcares monoméricos a través de enzimas para biocombustibles o productos bioquímicos.

La otra fracción líquida contenía lignina solubilizada y algunos azúcares de hemicelulosa, que se puede convertir en furfural por el p-TsOH en el licor gastado.

Los autores pudieron recuperar lignina sólida de la fracción disuelta mediante dilución y precipitación. Debido a que p-TsOH es un hidrotropo, debe formar agregados para solubilizar la lignina. Esto significa que se necesita una concentración mínima de p-TsOH para formar agregados, conocida como concentración mínima de hidrótropo, o MHC. Los autores encontraron que el MHC para p-TsOH es de aproximadamente 11,5% en peso. Después del fraccionamiento de la madera, la fracción con lignina se puede diluir por debajo del MHC para precipitar la lignina.

Luego, los autores examinaron el precipitado de lignina utilizando microscopía de fuerza atómica. Descubrieron que el procedimiento más suave para solubilizar la lignina utilizado en este estudio dio como resultado un rango de tamaños de agregados de lignina (100 nm a 1,5 μm). Esto es de interés para aplicaciones en el desarrollo de materiales biodegradables.

Para comprender cómo las diferentes concentraciones de p-TsOH y las temperaturas afectaron la solubilización, los autores analizaron las fracciones de álamo con RMN 2D y compararon sus fracciones con paredes de células enteras de álamo. Luego utilizaron estos resultados para optimizar las condiciones de concentración y temperatura para permitir la separación de polisacáridos de la pared celular. Según sus resultados de RMN, la mejor concentración de p-TsOH es 70% en peso. La temperatura se puede bajar de 80 ^o C hasta 65 ^o C y aún resultan en la separación de la lignina de los polisacáridos dentro de la pared celular.

Finalmente, los autores llevaron a cabo una prueba preliminar que demostró que el p-TsOH podía eliminarse del licor gastado mediante recristalización y reutilización. Sus hallazgos mostraron diferencias insignificantes entre la cantidad de lignina que se solubilizó en el primer ciclo en comparación con el segundo ciclo, lo que muestra que el p-TsOH probablemente tiene una buena reciclabilidad. Será necesario realizar pruebas adicionales para cuantificar la cantidad de p-TsOH consumida.

En general, esta investigación demuestra que el ácido p-toluenosulfónico es un candidato viable para procesos de deslignificación a gran escala porque es reciclable, usa condiciones relativamente suaves, y solubiliza casi toda la lignina en muestras de madera.

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