Caracterización química de ligninas y lípidos de cultivos y residuos agrícolas

Abstract

La presente Tesis Doctoral aborda la caracterización química de las ligninas y los lípidos presentes en diversos materiales lignocelulósicos, incluyendo tanto residuos derivados de la actividad agrícola (cascarilla y paja de arroz, y podas de naranjo) como cultivos agrícolas (tallo de papiros). La caracterización detallada de la composición y estructura de las ligninas se llevó a cabo utilizando técnicas analíticas avanzadas como la Cromatografía de Permeación en Gel (GPC), la Pirólisis acoplada a Cromatografía de Gases y Espectrometría de Masas (Py-GC/MS), la espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear bidimensional (2D-RMN), y métodos de degradación química como la Derivatización Seguida de Rotura Reductora (DFRC). Por otro lado, la composición química de los compuestos lipofílicos se analizó mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC/MS). Los resultados obtenidos del análisis de ligninas muestran que las ligninas de la cascarilla y la paja de arroz, así como la de las podas de naranjo estaban enriquecidas en unidades guaiacilo (G), con cantidades menores de p-hidroxifenilo (H) y siringilo (S). En cambio, se observaron grandes diferencias en las ligninas del tallo de papiro; mientras que la lignina de la corteza estaba enriquecida en unidades G, la lignina de la médula estaba enriquecida en unidades S. Además, las ligninas de la cascarilla y de la paja de arroz así como las de la corteza y la médula del tallo del papiro presentaban importantes cantidades de p-cumaratos y ferulatos incorporados en sus estructuras. Las diferencias en la composición de las ligninas se reflejaron en el contenido de los enlaces entre las unidades de lignina, teniendo las ligninas enriquecidas en unidades G una mayor contenido de enlaces condensados. Especialmente relevante fue el descubrimiento de diversos flavonoides como la naringenina chalcona, y las flavanonas naringenina y dihidrotricina, incorporadas, junto a la tricina, al polímero de lignina de ambas partes del tallo de papiro. Estos flavonoides actúan como verdaderos monómeros de lignina en la planta de papiro incorporándose al polímero mediante reacciones de acoplamiento radicalario. Este descubrimiento amplía la gama de flavonoides incorporados en ligninas, que hasta ahora solo se reducía a la tricina presente en gramíneas y otras monocotiledóneas y demuestra que su incorporación al polímero de lignina depende únicamente de su compatibilidad química. En cuanto a los lípidos de la paja de arroz, los compuestos más abundantes fueron ácidos grasos, seguidos de esteroles libres, glucósidos de esteroles y triglicéridos, junto con cantidades menores de ésteres de alto peso molecular, cetonas esteroidales, monoglicéridos, alcanos, diglicéridos, ésteres de esteroles, tocoferoles, hidrocarburos esteroidales y tocoferoles. En el caso de la médula y la corteza del tallo de papiro, los principales compuestos identificados fueron hidrocarburos, ácidos grasos, 2-hidroxiácidos, alcoholes, alquilamidas, mono- y diglicéridos, compuestos esteroidales (esteroles libres, cetonas, hidrocarburos, ésteres y glucósidos), tocoferoles, ésteres de tocoferoles, fitol, ésteres de fitol, alquilferulatos, ?-carboxialquilferulatos (y sus monoglicéridos), y glucósidos de acilglicerol. La corteza presentó un predominio de ácidos grasos, compuestos esteroidales, fitol y ésteres de fitol e hidrocarburos isoprenoides, mientras que los lípidos más abundantes en la médula fueron los compuestos esteroidales y los ácidos grasos. Los resultados obtenidos en la presente Tesis serán de gran ayuda para explotar y valorizar los cultivos y residuos agrícolas estudiados. El objetivo final es obtener compuestos de alto valor añadido que puedan ser aplicados en diversas industrias, como la farmacéutica, nutracéutica, cosmética y química. Estos estudios permitirán un uso completo y eficiente de la biomasa lignocelulósica, que es el objetivo principal de las denominadas biorrefinerías de la lignocelulosa.