-glucanos y pasan al vino. Estos glucanos dificultan la aclaración
del vino atascando los dispositivos de filtración. La adición de
puede evitar este problema.
-galactosidasa para la mejora del valor nutricional de las
comidas basadas en legumbres y soja
Los enzimas pueden ser utilizadas para mejorar la calidad nutricional de
alimentos para humanos y animales. La utilización completa del potencial
nutritivo en comidas basadas en legumbres y soja esta limitada por la presencia
de azúcares no digeribles como la rafinosa y almidosa. Estos azúcares contienen
uniones químicas que no pueden ser rotas por los enzimas naturales producidos por
el cuerpo. En consecuencia, los azúcares avanzan a través de tracto digestivo
hasta llegar al intestino donde son hidrolizadas por la microflora natural.
Estos microorganismos utilizan los azúcares y producen gas causando malestar y
flatulencia.
El enzima
-galactosidasa, es usado para transformar la almidosa y la
rafinosa en simples azúcares que son absorbidos por el tracto digestivo humano,
de tal manera que previene la flatulencia que se puede producir por comidas con
legumbres y soja.
Beneficios del consumidor: evita el malestar
físico cuando se consumen productos con soja, legumbres con cantidades bajas de
azúcares digeribles
Reducción del fósforo en la comida animal
Los granos y piensos de alimentación de aves de corral y cerdos contienen
fósforo que se une al ácido fítico. En esta forma el fósforo no está disponible
para los animales y es excretada con los desechos del animal. Estos animales
necesitan el fósforo para el crecimiento de los huesos y para otros procesos
bioquímicos, los suplementos alimentarios añaden fósforo extra a la dieta.
Una enzima específica, fitasa, libera el fósforo unido haciéndolo
digerible por los pollos o los cerdos. La fitasa añadida a la alimentación
elimina la necesidad de compensar los niveles de fósforo y de esta forma, se
reduce el fósforo contenido en los desechos animales.
APLICACIONES INDUSTRIALES -ENERGÍA-
Combustible de etanol desde recursos renovables.
Previo al descubrimiento del petróleo, los carbohidratos naturales fueron
utilizados para la producción de alimento, ropa y energía.
Los combustibles de etanol pueden derivar de recursos renovables, dedicadas
a la cosecha de caña de azúcar, maíz y remolacha azucarera o de los
subproductos de la agricultura como el suero de la producción de quesos. El
etanol puede ser utilizado como un sustituto de los combustibles de petróleo
como el tóxico oxigenato, metil t-butil éter (MTBE)
Enzimas como la
-amilasa,
glucoamilasa,
invertasa y
lactasa
hidrolizan almidón, glucosa y lactosa en azúcares fermentables. Los azúcares son
luego fermentados con levaduras produciendo etanol. La producción de grano,
semillas aceitosas y fibras textiles tienen como resultado una gran cantidad de
residuos inutilizados en la agricultura. Muchos de esto materiales pueden ser
desviados a etanol. La tecnología actual disponible para la conversión emplea
una hidrólisis de la biomasa con ácido para obtener azúcares. La alternativa
enzimática sería el uso de
celulasas y
hemicelulasas y así
evitando el uso de ácidos fuertes.
Beneficios ambientales: Mejor utilización de los recursos
renovables, mejores condiciones de trabajo, se reducen los daños
Beneficios para el consumidor: alternativa para el
MTBE
APLICACIONES INDUSTRIALES - TEXTIL-
FIBRAS textilES
Las fibras de hilo previamente a su tejido son recubiertas con un agente
lubricante y protector para evitar la abrasión. Tradicionalmente, el agente que
se utilizaba para los tejidos de algodón era el almidón. Antes los materiales
no celulósicos deben ser eliminados del algodón.
Anteriormente a la aparición de las enzimas amilasas, la única
alternativa para eliminar el almidón protector era con un tratamiento de sosa
cáustica a altas temperaturas. Este tratamiento químico no era totalmente
efectivo eliminando el almidón y podía incluso degradarse las fibras de
algodón.
Los tejidos modernos son reforzados con un adhesivo “sizing” antes de su
tejido. Esto previene de la rotura de los hilos. El almidón combinado con
pequeñas cantidades de otros materiales como la gelatina y carboximetilcelulosa
son los ingredientes más utilizados para el refuerzo. Los agentes químicos como
álcalis o ácidos han sido utilizados tradicionalmente en el “desizing”, pero
ahora están siendo reemplazados por enzimas.
Se obtiene un beneficio ambiental de la sustitución de agentes químicos
fuertes por enzimas. La mayoría de las preparaciones “desizing” tienen
-amilasa,
proteasa y
celulasas.
Tratamiento de los hilos
El principal componente del algodón y otras fibras naturales es la
celulosa. Mientras que la mayoría de las fibras se disponen en cadenas
extendidas a lo largo, algunas fibras pueden sobresalir del hilo o del tejido.
La correcta aplicación de la celulasa puede eliminar las protuberancias
dando un aspecto más liso y colores más brillantes al tejido. Esta técnica se
conoce como “biopolishing”. El mismo proceso ha sido adaptado para los
detergentes.
Tela vaquera
La utilización de celulasas en el acabado de los pantalones vaqueros se ha
convertido en una aplicación popular en la industria textil. Tradicionalmente
la tela vaquera era lavada con piedras pómez para desteñir la superficie de la
prenda. Una aplicación con celulasa puede sustituir las piedras
obteniendo menos daño en la prenda y en la maquinaria. Esta técnica se conoce
como “biostoning”. Existen celulasas que se pueden utilizar a pH 4.5 celulasas
ácidas y celulasas neutras con pH 7.
APLICACIONES INDUSTRIALES. -TRATAMIENTO DEL CUERO-
Curtido del cuero con enzimas: apelambrado y bating
Las pieles poseen pelo unido, que debe ser eliminado para su uso como
cuero. La manera convencional para eliminar el pelo (depilación) es usando
agentes químicos fuertes como la cal o el sulfuro de sodio. Esto agentes
químicos disuelven el pelo y abren la estructura de la fibra.
Mediante apelambrado con enzimas es posible reducir estos requerimientos
químicos y obtener un producto más limpio y un amplio rango de producción con
menos productos químicos de desecho.
Además las pieles contienen proteínas y grasas entre las fibras de colágeno
que deben ser total o parcialmente eliminadas antes del curtido de las pieles.
El componente fundamental de los extractos curtientes es el tanino
que es capaz de transformar las pieles en cuero.
Los taninos son compuestos polifenólicos de gran complejidad que pueden
tener composiciones y estructuras muy diferentes dependiendo de su procedencia.
Para hacer flexible el cuero es necesario someter la piel a un tratamiento
enzimático previo al curtido para disolver selectivamente estos componentes
proteicos. A este proceso se le conoce como “rendido”
Tradicionalmente, los excrementos de pichón y de perro fueron utilizados
como agentes en el “rendido”. Obviamente, este mecanismo creaba un ambiente de
trabajo desagradable. Actualmente se utilizan proteasas de bacterias y tripsina
pancreática.
Desgrasado del cuero
Las grasas naturales, que pueden observarse en pieles de oveja, cordero,
cabra, porcinos y en muchas pieles bovinas según su origen y el tipo de
alimentación, pueden ya observarse en el matadero, y entorpecen el proceso de
curtido, originando erupciones y formaciones de manchas. Por esos motivos,
estas grasas deben ser profundamente eliminadas, y si están en bajo contenido
se deben distribuir proporcionalmente en el corte de la piel. Este tipo de
proceso es frecuentemente efectuado simultáneamente con tratamientos a base de
emulsionantes, la mayoría de las veces con adición de disolventes orgánicos de
gran efecto desengrasante y modernamente con alta biodegradabilidad
Tradicionalmente, el desgrasado de las pieles de oveja se hacía por
extracción con solventes utilizando sistemas de parafina. Un nuevo proceso
basado en la rotura enzimática de grasas por lipasas ha sido introducido
en la industria del cuero. El enzima interfiere menos con la estructura de la
piel y también crea un producto de mejor calidad, por ejemplo mayor resistencia
al rasgado y un color más uniforme
APLICACIONES INDUSTRIALES. - PAPEL -
La fabricación de pasta, papel y derivados del papel alcanza cifras que
sitúan esta industria entre las más grandes del mundo. La principal fuente de
fibra para la producción de pasta en este siglo ha sido la madera procedente de
los bosques de coníferas, aunque más recientemente ha aumentado la utilización
de bosque tropicales y boreales. La composición química de la madera es muy variable.
Se compone principalmente de celulosa, lignina, hemicelulosa, y de un 5% a un
10% de otros materiales. La lignina representa entre un 16 % hasta un 33% del
peso según el tipo de madera.
·
LA LIGNINA
El interés de los investigadores se centra en buscar cómo y qué seres vivos
realizan eficientemente la degradación de la lignina. En particular, el
objetivo es acceder al más importante recurso de la pared de la célula vegetal,
la celulosa.
La primera etapa, y sin duda la más importante, es penetrar una gran
barrera constituida por dos estructuras, la lignina y la hemicelulosa, las
cuales forman una matriz amorfa que "encadena", progresivamente, a
las fibras de celulosa desde la diferenciación celular. Esto impide,
justamente, poder llegar con facilidad hasta este principal recurso.
La celulosa es un polímero, es decir está formada sobre la base de unidades
repetitivas de glucosa enlazadas por un tipo de unión covalente.
La hemicelulosa también es un polímero, pero relativamente ramificado y
compuesto por varios azúcares. La estructura de la lignina -en cambio- es mucho
más compleja (está formada por una unidad de base que comprende un anillo
aromático -molécula cíclica- y una cadena lateral de tres carbonos)
La lignina es un complejo polímero aromático asociado a los polisacáridos
de la pared celular vegetal y con un peso molecular elevado, además de ser
insoluble en cualquier solvente orgánico. Su estructura irregular y amorfa
hacen de ella una molécula muy particular y difícil de degradar le entrega
rigidez y flexibilidad a los vegetales. También es difícilmente atacable, por
el hecho de que sus enlaces necesitan una alta energía de activación para la
depolimerización en sus unidades. Esta última característica, junto a la
notable diversidad de la lignina, son las dos razones que hacen que muy pocos
microorganismos sean capaces de atravesarla.
Celulasas. El término celulasas involucra un
complejo de, por lo menos, tres actividades diferentes, las que a su vez
existen en una multiplicidad de formas para llevar a cabo la hidrólisis total
de la celulosa.
o
Las endo ß-1,4-glucanasas (E.C. 3.2.1.4) rompen al
azar los enlaces internos de la molécula en las regiones amorfas, producen un
rápido decremento en la longitud de la cadena y un lento incremento de los
grupos reductores libres.
o
Las exo-ß-1,4-glucanasas (E.C. 3.2.1.91) remueven unidades
de glucosa o celobiosa a partir del extremo libre no reductor de la cadena de
celulosa, dando como resultado un incremento rápido en los azúcares o grupos
reductores y poco cambio en el tamaño del polímero.
o
La ß-glucosidasa (E.C. 3.2.1.21) hidroliza la
celobiosa producida por las actividades anteriores, dando como producto final
la glucosa.
Xilanasas. Las xilanas son heteropolisacáridos
y su degradación total para producir xilosa y/o arabinosa es llevada a cabo,
como en la celulosa, por un grupo de enzimas que participan sinergísticamente.
o
Las más conocidas son las endo-ß-D-xilanasas (E.C.
3.2.1.8), las cuales rompen al azar los enlaces glicosídicos de la cadena
principal de la molécula.
o
La arabinofuranosidasa (E.C. 3.2.1.55) hidroliza
las cadenas laterales de arabinosa.
o
Las acetil xilan esterasas (E.C. 3.1.1.72) liberan
grupos acetatos.
o
La glucoronidasa (E.C. 3.2.1.139) remueve las
cadenas laterales de ácido glucorónico a partir de unidades de xilosa.
o
Las ß-xilosidasas (E.C. 3.2.1.37) son enzimas
activas sobre oligosacáridos cortos, llevando a cabo la hidrólisis de los
enlaces ß-1,4-aril-xilopiranósido produciendo xilosa.
.Industrialmente es necesario quitar la lignina de la madera para hacer el
papel u otros productos derivados. En la práctica comercial, la lignina
eliminada de la madera es un subproducto molesto debido al alto porcentaje que
se obtiene. En la naturaleza existen diferentes microorganismos asociados a la
descomposición de la madera, pero hasta ahora los únicos que son capaces de
degradar la lignina en forma eficiente son los hongos basidiomycetes
llamados de pudrición blanca.
Parte del proceso básico para hacer celulosa y papel consiste en la
eliminación de la lignina. Este compuesto, constituyente de la madera y que
actúa como cemento en su estructura, es el principal obstáculo para poder
obtener celulosa y papel de buena calidad. Industrialmente la pulpa de celulosa
blanqueada se obtiene a través de un proceso de dos etapas: el pulpaje y el
blanqueo.
·
PULPAJE:
El objetivo del pulpaje es remover la lignina para liberar la fibra de
celulosa, separando la celulosa contenida en la madera, de los otros
componentes. Este proceso puede ser de dos tipos: mecánico o químico.
·
Reducción mecánica: En la reducción mecánica a pulpa, las fibras se separan triturando la
madera. Aunque el proceso es muy eficaz, el papel obtenido a partir del
tratamiento mecánico de la fibra para obtención de pulpa, tiende a ser débil, y
a decolorarse fácilmente cuando se expone a la luz. Ello se debe a la presencia
de residuos de lignina, componente de la madera, que mantiene juntas las fibras
de celulosa
·
Reducción química: En la pulpa obtenida por métodos químicos, los trozos de madera o de
papel reciclado se combinan con agua y productos químicos y se calientan hasta
que se separan las fibras de celulosa, dicho de otro modo, se somete la madera
a una cocción con hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S), solución
denominada licor blanco, a alta temperatura y alta presión. La pulpa producida
se lava con agua, se clasifica para eliminar las impurezas y sustancias
químicas residuales de la cocción y se envía a la etapa de blanqueo.
En la etapa de pulpaje se produce emisión de gases sulfurados, tales como
ácido sulfhídrico, metil mercaptano, sulfuro de dimetilo y disulfuro de
dimetilo. El contenido de tales compuestos se expresa como azufre total
reducido (TRS). También se prevé la generación de óxidos de azufre (SOx)
El efluente líquido está compuesto principalmente por sólidos suspendidos
(fibras) y productos de degradación de la lignina. Los residuos sólidos
corresponden a rechazos de pulpa y nudos de la madera.
El proceso de pulpaje más utilizado en el mundo es el Kraft, pulpaje
Kraft. Entre los productos químicos utilizados en el pulpaje Kraft, la soda
y el sulfuro de sodio, son parte de la primera etapa de tratamiento de la
madera que se destina finalmente a la confección de papel.
·
BLANQUEO
Posteriormente la celulosa cruda se blanquea con productos clorados, cloro
propiamente tal, y dióxido de cloro, productores directos de dioxinas. Este
proceso tiene todas las características de una práctica en vías de extinción:
es caro, contamina el agua y el aire y produce papeles de regular calidad
degradando el medio ambiente. Con este tratamiento se obtienen celulosas de dos
tipos: celulosa cruda o Kraft, materia prima de papeles resistentes.
Proceso de producción celulosa Kraft blanqueada
Los trozos de madera son descortezados y luego reducidos a astillas en los
astilladores. Dichas astillas son transportadas a través de correas a
reactores, denominados digestores, donde se cuece con sosa cáustica, sulfato
sódico y carbonato cálcico, a 200 grados centígrados y alta presión para
reducir los trozos a una pulpa, en una solución de licor blanco compuesto por
hidróxido de sodio y sulfuro de sodio. Esta operación permite disolver gran
parte de la lignina que une a las fibras de madera, liberando así dichas
fibras. Después de la cocción, se separan los gases sulfúricos para ser
tratados (generalmente son incinerados), y el resto de la mezcla es filtrada
por diferentes mecanismos para retirar los trozos que no se han degradado
durante la cocción. El producto de la cocción se procesa en filtros lavadores
La pulpa es enjuagada con agua para arrastrar los líquidos de cocción y
recuperar los compuestos químicos utilizados. La pasta es filtrada y espesada
al quitarle agua, donde se separan las fibras y el licor residual (licor negro)
La pulpa obtenida se clasifica, limpia, espesa y almacena. Para el caso de
celulosa blanqueada, la pulpa obtenida es enviada a una etapa de blanqueo en la
que se utilizan diferentes combinaciones de compuestos oxidantes tales como
cloro elemental (Cl2), dióxido de cloro (ClO2), peróxido de hidrógeno (H2O2),
oxígeno (O2), u otros agentes, para finalmente almacenarse. Por otra
parte, el licor negro se envía a un ciclo de recuperación de reactivos, donde
se obtiene energía para el proceso y se recicla una fracción importante de los
insumos químicos requeridos en el pulpaje.
Alternativas menos contaminantes en fases previas al blanqueo
Se están investigando diferentes enzimas que ayudan a la descomposición de
la madera. Las xilanasas tienden a degradar los enlaces químicos que
unen la lignina a la madera. Esta opción biológica parece ser viable
económicamente aunque su aplicación es limitada al perder la pulpa propiedades
de resistencia cuando las enzimas se usan en exceso.
Uso de enzimas que remuevan directamente la lignina como las lacasas
- enzimas producidas por hongos que degradan madera -, o que ayuden a su
remoción como las xilanasas. Las lacasas son cuproenzimas y forman parte de un
complejo enzimático utilizado por los hongos degradadores de madera para
degradar la lignina. Las lacasas pueden ser producidas en grandes cantidades en
biorreactores con relativa facilidad, a diferencia de otras enzimas
ligninolíticas como la lignina-peroxidasa y la manganeso-peroxidasa.
Para el uso industrial de las lacasas se ha propuesto un mediador
enzimático, sistema lacasa/mediador, lo que permite una buena remoción
de lignina pero con un mayor costo económico. El sistema lacasa/mediador, se
puede utilizar eficientemente en secuencias de blanqueo ECF de pulpas de
eucalipto y pino, obteniéndose una disminución de la carga de dióxido de cloro
necesaria para alcanzar una blancura comercial.. La aplicación de sistemas de bioblanqueo
con el sistema lacasa/mediador podría no sólo tener ventajas ambientales y
económicas, cuando se desarrolle un mediador más eficiente y barato, debido a
la alta disminución en el consumo de dióxido de cloro que se puede obtener.
