Alrededor del 98 por ciento de la lignina creada como subproducto forestal de las plantas se descarta, pero una nueva enzima podría ser la clave para extraer moléculas de alto valor de estos desechos utilizando un enfoque de química verde. Estas moléculas son los componentes básicos de compuestos como fragancias, saborizantes, combustibles y terapias, convirtiendo un flujo de desechos en un recurso valioso.

“Los procesos químicos tradicionales para la síntesis de este tipo de sustancias químicas dependen de compuestos de partida derivados del petróleo y catalizadores de metales pesados, lo que los convierte en procesos no renovables e inherentemente tóxicos”, dice la Dra. Fiona Whelan, microscopista crioelectrónica de Adelaide Microscopy en la Universidad de Adelaida, cuyo estudio fue publicado en Nature Communications .

“Este nuevo método de procesamiento catalítico respaldará el desarrollo de otras nuevas 'fábricas de enzimas' o biorrefinerías de química verde para convertir la lignina y otros flujos de desechos biológicos en un valioso depósito de productos químicos finos”.

La lignina es el nombre que se le da a los polímeros duros que actúan como soporte mecánico en las maderas duras y blandas y es uno de los polímeros más abundantes en la Tierra.

La agricultura y la silvicultura acumulan alrededor de 100 millones de toneladas de lignina residual al año, pero ésta podría desviarse para convertirse en una prometedora materia prima renovable y sostenible para los productos químicos que actualmente se obtienen a partir de combustibles fósiles.

“Las estrategias para utilizar la lignina implican una combinación de procesos químicos y biológicos”, afirma el profesor asociado Stephen Bell, de la Facultad de Física, Química y Ciencias de la Tierra de la Universidad.

Se utilizan altas temperaturas, alta presión, ácidos fuertes y disolventes venenosos para romper los polímeros en el flujo de desechos.

Los compuestos valiosos atrapados en los residuos se extraen y se someten a un procesamiento químico adicional a temperaturas superiores a 400 °C para 'valorizar' la lignina. Estos procesos son costosos y perjudiciales para el medio ambiente.

La lignina de la madera dura tiene dos componentes químicos clave que requieren procesamiento para producir compuestos útiles.

Los investigadores habían descubierto previamente una enzima que podría utilizarse para descomponer uno de estos compuestos, que también se encuentra en la madera blanda, pero no se había identificado ningún proceso de descomposición biológica que pudiera utilizar el segundo compuesto de madera dura, más complejo, que comprende aproximadamente el 50 por ciento de los desechos.

“La descomposición biológica de la lignina ocurre en un quórum microbiano complejo, donde las enzimas fúngicas probablemente rompen los polímeros duros y las bacterias toman los compuestos más pequeños no reactivos y los procesan para obtener energía metabólica”, dijo el Dr. Whelan.

“Al observar el reino microbiano, identificamos que una bacteria del suelo, Amycolatopsis thermoflava, contiene enzimas que podrían procesar moléculas de lignina de forma económica, utilizando peróxido de hidrógeno para impulsar la reacción, lo que hace que la valorización sea mucho menos dañina para el medio ambiente”.

El equipo de investigación ha utilizado esta nueva enzima como modelo para adaptar la actividad impulsada por el peróxido de hidrógeno a otras enzimas para generar enfoques de química verde del futuro para la generación de productos químicos de alto valor para su uso en las industrias de los sabores, las fragancias y la química medicinal.