Intensificación de las etapas de pretratamiento y sacarificación de residuos lignocelulósicos para obtener productos con valor agregado

• Autores: Balbi, María del Pilar
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cassanello Fernández, Miryan Celeste; Fleite, Santiago Nicolás
• Materia: RESIDUOS LIGNOCELULOSICOS; HIDROLISIS (SACARIFICACIÓN) ENZIMATICA; CAVITACION HIDRODINAMICA; MEZCLADOR ESTATICO DE CONTRACCION-EXPANSION; LIGNOCELLULOSIC RESIDUES; ENZYMATIC HYDROLYSIS (SACCHARIFICATION); HYDRODYNAMIC CAVITATION; STATIC MIXER OF CONTRACTION-EXPANSION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Ante la crisis ambiental actual y la consecuente necesidad de alcanzar un desarrollo sostenible, la reutilización y revalorización de los residuos se ha convertido en una estrategia fundamental. En particular, los residuos lignocelulósicos (RLC) se vuelven de interés por la posibilidad de emplearlos como materia prima para la obtención de glucosa, que a su vez resulta útil como materia prima en la producción de biocombustibles y otros productos por vía fermentativa. Sin embargo, los RLC presentan una serie de dificultades que imposibilitan al día de hoy su uso masivo como materia prima. Este trabajo de tesis analiza estrategias de intensificación en las etapas de pretratamiento y sacarificación enzimática de RLC para mejorar su conversión en productos de valor agregado. En primer lugar, se realizó una hidrólisis ácida-oxidativa con peróxido de hidrógeno y ácido acético como método eficiente de delignificación, reduciendo inhibidores y facilitando la posterior hidrólisis enzimática. Por otra parte, la cristalinidad y estabilidad del complejo celulosa-hemicelulosa dificultan la etapa de hidrólisis enzimática (sacarificación). Si bien es un proceso prometedor por ser seguro y considerado limpio, se requieren altas concentraciones de enzima para obtener buenos rendimientos, convirtiéndola en una etapa costosa. Considerando estas dificultades, se evaluó la cavitación hidrodinámica (HC) y el uso de un mezclador estático de contracción-expansión (CE) como técnicas innovadoras para mejorar la biodisponibilidad de la celulosa y optimizar el rendimiento del proceso. Asimismo, se evaluó el impacto del uso de surfactantes no iónicos como aditivos en la hidrólisis enzimática, explorando su influencia sobre la eficiencia de la sacarificación. Los resultados obtenidos contribuyen al desarrollo de estrategias sostenibles para el aprovechamiento de RLC en el marco de una biorrefinería, promoviendo una economía circular y el uso eficiente de recursos renovables.
Considering the current environmental crisis and the consequent need to achieve sustainable development, the reuse and valorization of residues have become a fundamental strategy. Particularly, lignocellulosic residues (LCR) are of interest due to the possibility of using them to obtain glucose, which in turn is useful to produce biofuels and other products through fermentation. However, LCR present several challenges that currently prevent their massive use on an industrial scale. This thesis explores process intensification strategies in the pretreatment and enzymatic hydrolysis of LCR to enhance their conversion into value-added products. First, an oxidative-acid hydrolysis using hydrogen peroxide and acetic acid was applied as an efficient delignification method, reducing inhibitors and facilitating subsequent enzymatic hydrolysis. Additionally, the crystallinity and structural stability of the cellulose-hemicellulose complex represent significant challenges for enzymatic hydrolysis (saccharification). Although this process is considered safe and environmentally friendly, it requires high enzyme concentrations to achieve good yields, making an expensive step. To address these limitations, hydrodynamic cavitation (HC) and a contraction-expansion (CE) static mixer were evaluated as innovative techniques to improve cellulose bioavailability and optimize process efficiency. Furthermore, the impact of non-ionic surfactants as additives in enzymatic hydrolysis was assessed, exploring their influence on saccharification efficiency. The results contribute to the development of sustainable strategies for LCR valorization within a biorefinery framework, promoting a circular economy and the efficient use of renewable resources.
Fil: Balbi, María del Pilar. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.