36
ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.179
Universidad de Ingenieria y Tecnologia, Departamento de Ingeniería Química, Lima, Perú.
*urodriguez@utec.edu.pe
La biomasa lignocelulósica es reconocida como materia prima renovable y abundante en el planeta
y úl en plataformas de procesamiento para la producción de biocombusbles y/o biomoléculas de
alto valor agregado. Este po de proceso de producción integrado es llamado “biorrenería” y es
intensamente estudiado debido a que su implementación todavía es obstaculizada por factores como
el consumo energéco en las etapas de pretratamiento, la carencia de una comprensión profunda de
la sinergia de las enzimas celulasas, y la dicultad de estandarización de los procesos de conversión
dada la variabilidad de materias primas y escalas de aplicación. Así, este trabajo propone una revisión
global de los tópicos anteriormente mencionados asociados a los fundamentos de la composición y
caracteríscas de la lignocelulosa, así como ejemplos de moléculas derivadas signicavas por su valor
comercial. Desde esta perspecva se propone hacer una colección de conocimientos necesarios para
el entendimiento de las plataformas de procesamiento de la biomasa y la valorización de biomoléculas
derivadas mediante herramientas de la Ingeniería de Procesos y Sistemas que permitan la idencación
de rutas tecnológicas de base biológica sostenibles, rentables y exibles.
Palabras Clave: Biorrenería, Biomasa lignocelulósica, enzimas celulasas, Ingeniería de procesos y
sistemas (PSE).
Lignocellulosic biomass is recognized as a renewable and abundant raw material on the planet in
processing plaorms to produce biofuels and/or high value-added biomolecules. This type of integrated
producon process is called "biorenery" and is intensively studied because its implementaon is
sll hampered by factors such as energy consumpon in the pretreatment stages, the lack of a deep
understanding of the synergy of cellulase enzymes, and the diculty of standardizaon of conversion
processes given the variability of feedstocks and scales of applicaon. Thus, this work proposes a
global review of the aforemenoned topics associated with the fundamentals of lignocellulose
composion and characteriscs, as well as examples of important derived molecules for their
commercial value. From this perspecve, a collecon of knowledge necessary for the understanding of
biomass processing plaorms and the valorizaon of derived biomolecules is proposed using Process
and Systems Engineering tools that allow the idencaon of sustainable, cost-eecve and exible
bio-based technological routes.
Keywords: Biorenery, Lignocellulosic biomass, cellulases enzymes, Biocatalysis, Process and Systems
Engineering (PSE).
CONCEPTOS DE BIOCATÁLISIS DE LA LIGNOCELULOSA
DESDE UN ENFOQUE DE INGENIERÍA DE PROCESOS Y
SISTEMAS: UNA REVISIÓN.
RESUMEN
ABSTRACT
Lignocellulose Biocatalysis Concepts from a Process and
Systems Engineering Approach: a review.
Fecha de recepción: 30-11-2021 Fecha de aceptación: 27-03-2022 Fecha de publicación: 01-08-2022
ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.179
Gabriela Arianna Suárez Matallana
Arnold Lazaro Riquez
Sara Rosa Sánchez Atahualpa
*Ursula Fabiola Rodríguez Zúñiga
iD
iD
iD
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37
CONCEPTOS DE BIOCATÁLISIS DE LA LIGNOCELULOSA DESDE UN
ENFOQUE DE INGENIERÍA DE PROCESOS Y SISTEMAS: UNA REVISIÓN.
Suárez, Sánchez, Lazaro, Rodríguez
I. INTRODUCCIÓN
II. MATERIALES Y MÉTODOS
En los úlmos años, la búsqueda de tecnologías
limpias y renovables para la producción de
combusbles y moléculas derivadas de alto valor
agregado a parr de la biomasa lignocelulósica
viene en aumento. No obstante, el uso de esta
materia prima presenta varios retos, derivados de
su composición y de la intrincada conformación
estructural. Esto debido a que esta biomasa
vegetal está constuida por macromoléculas
como la celulosa, hemicelulosa y lignina, las
cuales han sido diseñadas por la naturaleza para
resisr los ataques sicos, químicos o biológicos
y preservar su conservación en los ecosistemas
terrestres (1,2).
Por esta razón, su procesamiento industrial de
manera sostenible e integral aún representa
un desao en nuestros días por lo que, se
proponen tanto vías termoquímicas como vías
de base biológica para su aprovechamiento (1).
La principal nalidad y ventaja de un enfoque
biotecnológico es la valorización de cada
molécula componente de la biomasa, más allá
de la producción exclusiva de biocombusbles,
mediante una descomposición selecva de las
macromoléculas en condiciones suaves elevando
la viabilidad industrial de los proyectos asociados.
Así es que surge el concepto de biorenerías,
debido a la necesidad de integración de varios
procesos unitarios (pirolisis, gasicación,
licuefacción, hidrólisis, etc.) asociados para
producir una amplia gama de productos de
base biológica. Como ventajas de este sistema
integrado se pueden mencionar: la mejora de los
rendimientos globales del proceso y la posibilidad
de aplicación de la economía circular al promover
una completa valorización de las fracciones
resultantes de los procesos de fragmentación de
la matriz vegetal (2,3). El concepto es análogo a
una renería de petróleo y conduce a largo plazo
al incremento de la rentabilidad mediante la
exibilización de los pos de productos.
En este contexto, la primera etapa de
desconstrucción de la pared vegetal está
representada por los métodos de pretratamiento
cuyo principal objevo es la separación de los
componentes principales, los cuales son la
celulosa, hemicelulosa y lignina (3, 4). La segunda
etapa para la obtención de biocombusbles y/o
aprovechamiento de moléculas contenidas en las
corrientes generadas por estos pretratamientos,
es la hidrólisis enzimáca de la celulosa mediante
el uso de complejos celulolícos especícos
que conenen mayoritariamente las enzimas
celulasas, complementadas con las llamadas
enzimas accesorias (3). Además de la conocida
sacaricación de la celulosa, hoy los complejos
celulolícos permiten también la degradación
de fracciones de hemicelulosa y el uso de
compuestos aromácos de la lignina remanentes
del procesamiento precedente. (4, 5).
BIOMASA LIGNOCELULOSICA
En términos generales, la biomasa es un material
derivado de la reacción entre CO2 en el aire,
agua y luz solar y una de las fuentes de energía
renovable más extendida y prometedora en la
actualidad (6). Esta puede clasicarse en tres
categorías en función a su procedencia como se
muestra en la Tabla 1.
Tipo de biomasa
lignocelulósica
Ejemplos
Residuos agrícolas
El rastrojo de maíz, paja de trigo, bagazo de
caña de azúcar, cáscara de arroz.
Residuos forestales
Residuos de recolección de madera como
ramas, follaje, raíces, aserrín.
Cultivos energé-
ticos herbáceos o
leñosos
Forraje perenne como Miscanthus, pasto
varilla, pasto de pradera y especies fores-
tales de rotación corta (eucalipto, álamo,
robinia, sauce).
El valor de cada po de biomasa depende de
sus propiedades sicas y químicas, además del
tamaño de sus moléculas componentes y de la
facilidad de extracción de su energía almacenada.
Estructuralmente, el material lignocelulósico
está compuesto por especies denominadas
macromoléculas como lo son lignina,
hemicelulosa y celulosa, responsables de sus
propiedades sico-químicas y de su conformación
tridimensional, cuya representación puede ser
visualizada en la Figura 1.
Tabla 1. Tipos de biomasa lignocelulósica y ejemplos. Fuente: (1), (7)
Figura 1. Representación esquemáca de los componentes de la
biomasa lignocelulósica.. Fuente: Elaboración propia basado en (9)
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ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.179
Además, como componentes menores se
mencionan las especies de baja masa molar,
que pueden ser orgánicas (materia extracva
como taninos, eslbenos, lignanos, avonoides,
ácidos alifácos, ésteres, terpenos; alcoholes)
o inorgánicas (cenizas compuestas por
minerales como potasio, calcio, magnesio,
silicio) (8). Algunos conceptos relacionados
con las propiedades y funcionalidades de
los macrocomponentes importantes para la
producción de moléculas derivadas se presentan
en las siguientes secciones.
A. Celulosa
La celulosa es uno de los biomateriales más
abundantes en el planeta, representa alrededor
de 40 a 50% de la biomasa en peso siendo
considerado la fracción mayoritaria (10).
Estructuralmente es un polímero polisacárido
compuesto exclusivamente por monómeros
β-D-glucopiranosa (glucosa) que forman
cadenas lineales unidas mediante enlaces
β-1,4-glucosídicos. La estructura de la celulosa,
y los enlaces y fuerzas intermoleculares que
manenen unidas las microbras de celulosa
puede observarse en la Figura 2. Debido a su
estructura, las cadenas de celulosa se unen
por puentes de hidrógeno y fuerzas de Van der
Waals intermoleculares formando agregados
(microbrillas). Estos enlaces químicos que unen
los átomos de oxígeno e hidrógeno de moléculas
de glucosa adyacentes disponen las cadenas de
celulosa de forma paralela y, pueden inducir al
orden (cristalinidad) o al desorden (amorsmo)
en la estructura molecular. En la Tabla 2, se
mencionan algunas propiedades caracteríscas
importantes de la celulosa para su procesamiento.
B. Hemicelulosa
Es un biopolímero heteropolisacárido,
compuesto por diferentes monómeros: pentosas
(xilosa y arabinosa) y hexosas (glucosa, manosa
y galactosa). La columna vertebral de la
hemicelulosa es una cadena ramicada unida
principalmente por enlaces β-1,4-glucosídicos
y en menor candad enlaces β-1,2 β-1,3; β-1,6-
glucosídicos como se puede ver en la Figura 3.
Las hemicelulosas enen menor masa molar
que la celulosa y estructuralmente enen como
función servir de conexión entre la lignina y la
celulosa gracias a las uniones no covalentes que
forman con la supercie de las microbrillas
de celulosa (9, 10). Además, las hemicelulosas
representan el componente más suscepble de
sufrir transformaciones desde el punto de vista
térmico y químico (11, 13). Para el caso de la
celulosa, la remoción de al menos un 50% de la
hemicelulosa incrementa de manera signicava
su digesbilidad (14). Algunas caracteríscas
notables se observan en la Tabla 3.
Figura 2. Estructura de la celulosa y enlaces inter e intra cadenas.
Fuente: Elaboración propia basado en (9)
Propiedades Descripción
Grado de
polimerización
Desde 10000 hasta 15000 unidades de
β-D-glucopiranosa
Regiones Crista-
lina
Se encuentra en mayor proporción, es hi-
drofóbica y necesita tratamiento de merce-
rización, el cual es un tratamiento alcalino
fuerte de hidróxido de sodio, para la obten-
ción de celulosa hidróla y accesible.
Presenta mayor resistencia mecánica.
Amorfa Región más susceptible a tratamientos físi-
cos, químicos y biológicos.
Degradación
térmica
A partir de los 400°C, se registra la pro-
ducción de subproductos aromáticos y/o
biochar por pirolisis secundaria.
Tabla 2. Caracteríscas importantes para el procesamiento de la
celulosa. Fuente: (6); (11) (12).
Características Descripción
Unidades
monoméricas
Xilanos, mananos, galactanos y
arabinogalactanos
Degradación
térmica
Se da a partir de 180 a 350°C. Produce gases no
condensables, carbón y una variedad de cetonas,
aldehídos, ácidos y furanos.
Naturaleza
onformacional
Amorfa, con propiedades adhesivas y tendencia
a endurecerse cuando se deshidrata.
Tabla 3. Caracteríscas principales de la Hemicelulosa. Fuente: (6); (15).
Figura 3. Estructura de la hemicelulosa. Fuente: Elaboración propia
basada en (11)
39
CONCEPTOS DE BIOCATÁLISIS DE LA LIGNOCELULOSA DESDE UN
ENFOQUE DE INGENIERÍA DE PROCESOS Y SISTEMAS: UNA REVISIÓN.
Suárez, Sánchez, Lazaro, Rodríguez
Subpro-
ducto
Fórmula
química
Obtención Industria de
aplicación
Refe-
rencia
Azúcares
(glucosa)
C₆H₁₂O₆ Hidrólisis
enzimática de
la lignocelulosa
pretratada.
Fermenta-
ción alcohó-
lica para la
producción
de etanol.
(4), (5)
Ácido
fórmico
CH₂O₂ Reacción hidro-
termal oxida-
tiva.
Agrícola,
farmacéu-
tica y de
caucho.
(20)
Ácido
acético
CH₃-
COOH
Hidrólisis ácida
de la biomasa
rica en celulosa
en ausencia de
oxígeno. Tam-
bién se puede
obtener por
fermentación
el organismo
Clostridium
thermoacetium.
Alimentos
(Vinagre),
producción
de acetato
de vinil,
ácido tere-
álico y en
menor can-
tidad para la
producción
de ésteres
de acetato
como aro-
matizantes.
(21) y
(22),
(23),
(24)
Ácido le-
vulínico
C
5
H
8
O
3
Hidrólisis ácida
de la biomasa.
Farma-
céutica,
polímeros,
plásticos,
resinas.
(21),
(23),
(25)
Hidroxi-
metil-
furfural
(HMF)
C
6
H
6
O
3
Deshidratación
o degradación
hidrotermal de
las hexosas.
Alimenta-
ria. Para la
formación
ácido acéti-
co o levuní-
lico.
(21)
Ácido
láctico
C
3
H
6
O
3
Se usan 3 eta-
pas: hidrolisis
acida de la celu-
losa en glucosa,
isomerización
de la glucosa
en fructosa y
conversión de
fructosa en
ácido láctico
mediante re-
acciones de
condensación
aldólica de
cetonas.
Alimentaria
como aci-
dicante o
potenciador
del sabor.
Para la
producción
de ácido
poliláctico
(biopolíme-
ro).
(26)
La Figura 4 muestra la estructura de la lignina,
con los tres alcoholes precursores cumarílico,
conoferílico y sinapílico, en los cuales se observan
grupos metoxilo e hidroxilo, que permiten la
formación de los enlaces puente de hidrógeno
y fuerzas intermoleculares como enlaces de Van
der Waals. (6). La lignina también, es conocida
por su efecto incrustante, ya que recubre las
bras vegetales, razón por la cual es idencada
como una de las principales barreras al ataque
químico y biológico (11, 17). Este componente
es principalmente soluble en soluciones
alcalinas, sin embargo, según su solubilidad
en soluciones ácidas, puede clasicarse como
insoluble y soluble. La lignina insoluble es el
residuo remanente del tratamiento de las bras
vegetales con una solución de ácido sulfúrico al
72% a temperatura ambiente seguido de una
hidrólisis con el mismo ácido al 3% y elevadas
temperaturas (18, 19).
C. Lignina
Es un heteropolímero no polisacárido presente
en la pared celular constuido por compuestos
aromácas como las unidades de fenilpropano
que se pueden observar en la Tabla 4.
Estructuralmente, ene las funciones de unir las
bras para mejorar la compacidad y resistencia
mecánica de la planta.
El contenido de lignina en los diferentes pos de
plantas es variable, en madera es de 20 a 40%
mientras que las especies acuácas y herbáceas
que son menos lignicadas, es de 21 a 14%
respecvamente (8).
PRODUCTO DE LOS DERIVADOS DE LOS
COMPONENTES DE LA BIOMASA
A. Productos derivados de la celulosa
Varios subproductos derivados de la celulosa
pueden ser de gran valor para el mercado. En
la Tabla 5, se observan algunos ejemplos de
subproductos y sus métodos de obtención, así
como las industrias en las que se ulizan.
Tabla 4. Caracteríscas principales de la Lignina. Fuente: (6); (16).
Características Descripción
Unidades
monoméricas
Guaiacil propanol (alcohol de coniferilo), p-hi-
droxifenil propanol (alcohol cumarílico) y alco-
hol siringílico (alcohol sinapílico).
Degradación
térmica
Se da a partir de los 200°C. Se obtienen produ-
ctos fenólicos, así como también metanol, ácido
acético y gases como CO2.
Naturaleza
conformacional
Amorfa
Figura 4. La estructura de la lignina y sus precursores. Fuente:
Elaboración propia adaptado de (6).
Tabla 5.
Tabla 5. Subproductos valiosos derivados de la Celulosa.
40
ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.179
Por ejemplo, se puede obtener ácido fórmico
en solución mediante la oxidación de la glucosa
obtenida a parr de la descomposición de la
celulosa (20). Las condiciones de obtención
del ácido fórmico son: una temperatura de
160°C y una presión de 3MPa, usando como
catalizador el ion vanadilo (VO2+) (20). Una de
las aplicaciones más prometedoras de este ácido
es el almacenamiento energéco mediante pilas
de combusble usadas para la generación de
electricidad y automóviles. Además, el ácido
fórmico se usa como conservante con nes
alimencios y para obtención de hidrógeno,
una fuente prometedora de energía limpia,
ya que puede converrse ecientemente en
dióxido de carbono e hidrógeno mediante su
rápida descomposición a través de una reacción
hidrotermal o catalíca (27, 28).
B. Productos derivados de la hemicelulosa
Para el caso de los derivados de la hemicelulosa,
se seleccionaron como ejemplos de la Tabla 6, el
furfural, xilitol y los xilooligosacarídeos, los cuales
enen un impacto signicavo en la industria.
Actualmente, los subproductos derivados de la
lignina vienen siendo intensamente invesgados
debido a la compleja estructura de esta
macromolécula que diculta el procesamiento
posterior y la valorización de este biopolímero
(37). Una posible ruta para superar los problemas
antes mencionados es el uso de la lignina a
nanoescala con propiedades mejoradas en
relación con el área supercial que facilitan las
interacciones químicas y sicas necesarias para
aplicaciones farmacéucas y cosmécas (38).
MÉTODO DE DESCONSTRUCCIÓN DE LA MATRIZ
LIGNOCELULÓSICA
Existen varios métodos de pretratamiento de
la biomasa cuyo impacto se reeja tanto en las
propiedades sicoquímicas del producto objevo,
en los procesos aguas abajo conducentes a su
C. Productos derivados de la lignina
La división o ruptura de los enlaces po C-O
predominantes en la estructura de la lignina
conduce a su degradación en varias sustancias
químicas sub categorizadas como fenoles,
aldehídos y ácidos aromácos (21). Algunos de
los derivados de la lignina, así como los pos
de tratamiento aplicados para su obtención se
visualizan en la Tabla 7.
Subpro-
ducto
Fórmula
química
Compues-
to
Obten-
ción
Industria Refe-
ren-
cia
Furfural C
5
H
4
O
2
Aldehído
hetero-
cíclico y
aromático
compues-
to por un
anillo de
furano con
un grupo
funcional
aldehído
lateral
Trata-
mien-
to con
H
2
SO
4
Tintes,
plástico,
antiáci-
dos, ad-
hesivos,
fertili-
zantes y
compues-
tos sabo-
rizantes
(29)
Xilitol C
5
H
12
O
5
Polialcohol Hidroge-
nación de
xilosa
Aditi-
vo para
pastas de
dientes y
chicles,
produc-
tos para
diabéticos
y como
a g e n t e
para pre-
venir la
caries.
(30)
Xilooli-
gosaca-
rídeos
Carbohi-
dratos no
digeribles
Pretrata-
miento
con ex-
plosión a
vapor
Industria
alimenta-
ria en los
lácteos
c o m o
prebióti-
cos y en
panadería
(31)
Tabla 5. Subproductos valiosos derivados de la Celulosa.
Subproducto Fórmula
química
Obtención Industria Refe-
rencia
Vainilina C
8
H
8
O
3
Oxidación
a altas tem-
peraturas y
presiones mo-
deradas, de la
lignina disuel-
ta en medio
alcalino.
Alimentos,
cosmética
(32)
Catecol C
6
H
6
O
2
Ortofenila-
ción del fe-
nol con una
oxidación a
ortoquinona
y su posterior
reducción.
Farmacéu-
tica para el
tratamiento
de Parkin-
son e hiper-
tensión
(33)
Ácido
benzoico
C
7
H
6
O
2
Despolimeri-
zación oxida-
tiva por medio
de las enzimas
lacasas y pe-
roxidasas
Farmacéuti-
ca (pasta de
dientes, ger-
micida)
(34)
Ácido
ferúlico
C
10
H
10
O
4
Condensación
de la vainilli-
na con ácido
malónico ca-
talizada por la
piperidina o
hidrolisis alca-
lina de lignina
soluble en me-
dio ácido.
Cosméticos
como an-
tioxidantes
(35),
(36)
Tabla 7. Subproductos valiosos derivados de la lignina.
41
CONCEPTOS DE BIOCATÁLISIS DE LA LIGNOCELULOSA DESDE UN
ENFOQUE DE INGENIERÍA DE PROCESOS Y SISTEMAS: UNA REVISIÓN.
Suárez, Sánchez, Lazaro, Rodríguez
La generación y concentración de los
subproductos en las corrientes generadas
en los pretratamientos dependen del agente
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE LA BIOMASA
La vía biológica de procesamiento integral de
la biomasa presenta como etapa siguiente al
pretratamiento, la hidrólisis enzimáca de la
fracción insoluble compuesta principalmente por
celulosa y fracciones menores de hemicelulosa
y lignina insolubles. Los biocatalizadores de esta
reacción son complejos enzimácos celulolícos
especícos, y el principal producto consiste en
azúcares fermentables de glucosa derivados de la
celulosa, siendo que también pueden obtenerse
otras moléculas que representan bloques de
construcción para un posterior procesamiento,
como se mostró en la sección III. Estas enzimas
enen gran impacto en el costo de operación
de todo el proceso de aprovechamiento de la
biomasa por lo que su mejoramiento connuo
favorece directamente la viabilización del
concepto de biorrenería en escalas comerciales.
Podemos mencionar algunas iniciavas enfocadas
en su desarrollo para aplicación a nivel industrial.
Por ejemplo, la búsqueda estratégica y validación
de combinaciones de preparados enzimácos de
celulasas y enzimas accesorias selecvas para
alcanzar el mejor rendimiento de acuerdo a la
variabilidad de la composición y estructura de la
biomasa pretratada (52).
La estabilidad de las enzimas en ambientes
industriales es diferente a escala de laboratorio
lo que ofrece un desao en la reproducibilidad de
los resultados a mayores escalas. Así, su desarrollo
también es orientado al mantenimiento de
la acvidad catalíca y del rendimiento en
presencia de inhibidores y en ambientes severos
que priorizan mayores cargas de sólidos y
temperaturas más elevadas de reacción (53).
recuperación, concentración y puricación, como
en la generación y manejo de residuos de toda
la biorrenería. Para seleccionar el método más
adecuado, este debe minimizar el consumo de
energía, hacer uso eciente del catalizador a
ulizar y evitar la formación de inhibidores (39).
En la Tabla 8, se presenta una comparación entre
los métodos químicos de pretratamiento más
invesgados en la literatura.
Método Mecanismo
de acción
Biomasa de
aplicación
Condiciones de
Operación
Refe-
rencia
Explo-
sión a
vapor
Promover la
descompo-
sición de la
matriz lig-
nocelulósica
mediante la
combinación
de fuerzas
mecánicas y
químicas.
Rastrojo de
maíz, paja de
cebada, bra de
coco, paja de
triticale, sorgo
dulce, eucalipto.
Presión: 1 a 1.5
MPa
Temperaturas:
150 °C a 300 °C.
(40)
(21)
(41)
(42)
(43)
(44)
Agua
caliente
Solubilizar la
hemicelulosa
en medio
ácido resul-
tante de las
condiciones.
Bagazo de caña
de azúcar, pino
taeda, rastrojo
de maíz, etc.
Presión: la
suciente para
mantener líqui-
do a tempera-
turas: 160°C a
214 °C.
(29)
(45)
(46)
Ácido Solubilizar
parte de la
lignina e
hidrolizar
hemicelulosa
mediante el
uso de
ácidos.
Paja de trigo,
rastrojo de
maíz, paja de
girasol, cáscara
de arroz, pino,
etc.
Condición baja
severidad: 180°C
por tiempo corto
~ 5 min.
Condición
media o alta
severidad: 120°C
por tiempo largo
(30-60 min).
Ácido usados
H
2
SO4, HCl,
HNO
3
, H
3
PO
4
a concentracio-
nes de
5-15% w/w.
(21)
(29)
(47)
(48)
Alcalino Solubilizar la
lignina
mediante la
saponica-
ción e hidro-
lizar parte
de la hemi-
celulosa con
soluciones
básicas.
Paja de arroz,
rastrojo de maíz,
bagazo de caña
de azúcar, paja
de girasol
Condición 1:
140°C a 175°C)
por cortos perio-
dos de tiempo (1
a 1.5 h),
Condición 2:
(50°C a 90°C)
por periodos
más largos de
tiempo (3 a 72h).
Los álcalis usa-
dos son: NaOH,
KOH, NH₄OH,
CaOH
2
, CaCO
3
.
Las concentra-
ciones varían de
5-15% w/w
(49)
(43)
(21)
(50)
Sol-
ventes
orgáni-
cos
Solubilizar la
lignina y la
hemicelulosa
e incremen-
tar el área de
acceso a la
celulosa.
Paja de trigo,
madera de euca-
lipto, rastrojo de
maíz, bagazo de
caña de azúcar.
Se da entre las
temperaturas
de 100°C a 250
°C. Se usan
varios solventes
orgánicos como
el metanol o
etanol, al 50 o
60% w/v
(43)
(51)
Tabla 8. Métodos de pretratamiento para la obtención de los
componentes de la biomasa.
químico usado y, en general de la severidad
aplicada, por ejemplo, los pretratamientos
ácidos generan, como subproductos el furfural,
el hidroximelfurfural y los ácidos acécos y/o
leuvinílico, etc. En el caso de los derivados de
los tratamientos alcalinos y solventes orgánicos
las corrientes generadas conenen fracciones
aromácas de la lignina y/o oligómeros de la
hemicelulosa (43, 50, 51).
D. Celulasas, enzimas accesorias y
mecanismos
Las enzimas celulasas pertenecen a la clase
de las hidrolasas, tradicionalmente han sido
denidas como un complejo enzimáco
constuido por tres proteínas: endoglucanasa
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Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.179
(EG), exoglucanasa (CBH) y β-glucosidasa, las
cuales enen acción sinérgica sobre la celulosa
para obtener glucosa (4). Convencionalmente
se conocía que, durante la hidrólisis de la
celulosa con celulasas, las fracciones de los otros
componentes de la matriz vegetal remanentes
de los procesos de pretratamientos perjudicaban
este proceso porque actuarían como sustancias
inhibidoras o barreras sicas. No obstante, desde
el descubrimiento y aplicación de las enzimas
monooxigenasas lícas polisacáridos (LPMOs)
en los cocteles de celulasas, hace un poco más
de una década, la visión de la acción celulolíca
cambió y las LPMOs permieron otorgar una
función importante a las fracciones aromácas
derivadas de la lignina (54, 55). Las LPMOs se
clasicaron en la base de datos de enzimas
acvas de carbohidratos “CAZY” como proteínas
de "acvidad auxiliar" (AA) (56). En esta base de
datos, se encuentran las familias de LPMOs AA9,
AA10, AA11, AA13, AA14 y AA15 de acuerdo a su
microrganismo productor. (57).
Desde el punto de vista de su mecanismo de
acción, las LPMO son enzimas dependientes
de cobre que separan los enlaces glicosídicos
en la bra de celulosa mediante “pinchazos”
en su supercie cristalina, oxidándola para
liberar celooligosacáridos oxidados de varios
tamaños. Mediante esta acción, se incrementa
la accesibilidad para la intervención de las otras
proteínas componentes de las celulasas (58, 59).
La acvidad de las LPMO requiere un co-sustrato
de oxígeno, que originalmente se pensaba que
era el O2, pero que también puede ser el H2O2.
Las mezclas de reacción picas promueven
reacciones secundarias por lo que todavía no se
conoce bien la cinéca de la reacción de la LPMO
(54, 60). Las fracciones aromácas de lignina, el
ácido ascórbico, el glutaón reducido, el ácido
ferúlico, la cisteína, y el galato son conocidos por
ser agentes reductores (fuentes de electrones)
de baja masa molar (61). Las reacciones de
hidrólisis mediadas por LPMOs se llevan a cabo
en condiciones aeróbicas estrictas y, por lo tanto,
los reactores de hidrólisis deben ser diseñados
con un espacio de cabeza suciente para facilitar
la transferencia de masa de oxígeno durante
estas reacciones. (60). La Figura 5 presenta el
mecanismo de acción de las LPMOs en sinergia
con otros componentes del complejo de celulasas.
Figura 5. Mecanismo de acción de las LPMO y su sinergia con otro
componente celulasa para la hidrólisis de la celulosa. Fuente: (64)
Hoy además sabemos que las enzimas celulasas
están acompañadas de hemicelulasas y enzimas
degradantes de lignina (62). En el caso de
las hemicelulasas, o xilanasas se agrupan de
acuerdo con sus propiedades catalícas, ya sean
glucosilhidrolasas (GHs) que hidrolizan enlaces
glucosídicos, o estearasas de carbohidratos
(CEs) que hidrolizan enlaces éster (62). En el
caso de la lignina, se ulizan las lacasas y las
ligninas peroxidasas como enzimas auxiliares.
En conjunto, estas enzimas degradan tanto la
hemicelulosa como la lignina para aumentar la
accesibilidad de las celulasas a la celulosa. (63)
E. Preparaciones celulolícas comerciales
La dosicación y formulación de un complejo
enzimáco adecuado para los diferentes pos
de materias primas lignocelulósicas pretratadas
es un desao abordado por varias empresas
productoras de enzimas y centros de invesgación
a nivel mundial. De esta forma, estas empresas han
lanzado varios “cócteles” enzimácos comerciales
para uso industrial cuya composición especíca
es generalmente desconocida (65, 66). Algunos
ejemplos de preparados comerciales celulolícos
y sus caracteríscas técnicas reportadas por las
mismas empresas productoras se observan en la
Tabla 9. El rango de temperaturas de la reacción
de hidrólisis enzimáca varía de 25-70°C.
43
CONCEPTOS DE BIOCATÁLISIS DE LA LIGNOCELULOSA DESDE UN
ENFOQUE DE INGENIERÍA DE PROCESOS Y SISTEMAS: UNA REVISIÓN.
Suárez, Sánchez, Lazaro, Rodríguez
Por otro lado, con el objevo de estandarizar
la medida de la eciencia de hidrólisis de los
diferentes cócteles enzimácos comerciales en
diferentes sustratos es que se aplica un índice
porcentual para expresar la relación entre los
azúcares reductores producidos y la candad de
celulosa contenida en la biomasa pretratada. Este
índice es llamado porcentaje de sacaricación
(71), el cual se obene mediante la Ecuación 1.
INGENIERÍA DE PROCESOS Y SISTEMAS
APLICADOS A LAS BIORREFINERÍAS
El concepto de biorrenería surge desde una
perspecva de aprovechamiento integral de
la biomasa lignocelulósica empleando todos
sus componentes para obtener un conjunto de
productos químicos y combusbles producidos
en sistemas (procesos) holíscos y complejos (2,
21, 29). Esta visión sistémica del proceso integral
permiría la viabilización de las vías biológicas
de transformación de la biomasa en escala
comercial. Inicialmente, las etapas conceptuales de
esmaciones técnico-económicas para el desarrollo
de biotecnologías de aprovechamiento suelen tener
indicadores favorables ya que es posible encontrar
una gran disponibilidad de recursos de biomasa
y residuos agrícolas y, además varias naciones
promueven incenvos económicos a este po de
industria emergente (72). Sin embargo, para el
diseño sostenible de plataformas de biorrenerías
se requieren considerar aspectos como la madurez
tecnológica del proceso, la rentabilidad, el
desarrollo social e el impacto ambiental que nos
permitan analizar el desempeño global del proceso
desde diferentes perspecvas (2, 72). Así, el diseño
de una biorrenería sostenible debe ser evaluado
en términos de criterios que no son fácilmente
cuancables, por lo que proponer indicadores (o
métricas) para medir la sostenibilidad de un sistema
debe seguir una metodología cuidadosa (72, 73).
Todas estas consideraciones dan pase al abordaje
de Ingeniería Procesos y Sistemas (PSE), que abarca
desde el modelado y el diseño del proceso (bio)
químico hasta el análisis a nivel empresarial de la
logísca y de las cadenas de valor de los productos
potenciales (2). En este contexto, una de las
herramientas metodológicas es la jerárquica de Toma
de Decisiones Mulcriterio (MCDM de sus siglas en
inglés), la cual permite considerar aspectos como
la viabilidad operacional, económica, ambiental y
social de manera escalonada y ponderada (73,74).
Primero, la MCDM permite la idencación de
plataformas tecnológicas de biorrenería más
prometedoras ulizando un conjunto de indicadores
(criterios) que se observan en la Tabla 10 (2). La
selección de rutas tecnológicas por parte de un panel
muldisciplinario considerará todos estos indicadores
con diferentes ponderaciones, las cuales variarán en
La velocidad de hidrólisis del material lignocelulósico
reeja la anidad de los sios acvos de la enzima
frente a un sustrato. Un índice de sacaricación
alto (entre 70-80% en preparados de Cellic Cetec
2 y Acellerase con biomasas pretratadas) signica
una alta asociación de los sios acvos a la
celulosa (66-70). En general, se puede mencionar
que la acción sinérgica de acvidades enzimácas
se reeja en una mejor velocidad de hidrólisis (71).
Nombre
comercial
Actividad espe-
cíca predomi-
nante
Rango
de pH
Microorga-
nismo
Empresa
Celluzyme Exoglucanasas I 4 - 10
Trichoder-
ma reesei,
ermomyces
lanuginosus,
Humicola y
Aspergillus
niger
Novozymes
Carezyme Endoglucana-
sas V
5 - 10.5
Trichoder-
ma reesei,
ermomyces
lanuginosus,
Humicola y
Aspergillus
niger
Novozymes
Endolase Endoglucana-
sas II
5 - 9
ermomyces
lanuginosus
Novozymes
Accellerase ™
1000
β-glucosidasa 4 - 6
Trichoderma
reesei
Genencor
Accellerase®
1500
Exoglucanasas,
endoglucanasas,
hemi-cellulasas,
y beta-
glucosidasas
4.6 - 5
Trichoderma
reesei
Genencor
Spezyme®
CP
β-glucanasas 4 – 6
Trichoderma
longibrachia-
tum
DuPont
Celluclast exo-b-gluca-
nasa I, exo-b-
-glucanasa II,
Endoglucanasas
I y Endogluca-
nasas II
4.5–6.0
Trichoder-
ma reesei y
Aspergillus
niger
Novozymes
Cellic® Ctec3 β-glucosidasas 3 - 7
Trichoderma
reesei
Novozymes
Tabla 9. Datasheet de celulasas de diferentes empresas. Fuente:
Adaptado de (67), (68), (69) y (70).
(1)
III. RESULTADOS
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función de los intereses económicos-producvos, las
normas vigentes y las condiciones del mercado. De
este modo, se asegura que el criterio que ene mayor
importancia obtenga un rol más notorio en la toma de
decisión nal. A parr de los valores y pesos se logra
obtener un puntaje de viabilidad técnico-económica
y de sostenibilidad para cada alternava considerada
en diferentes escenarios. Cabe destacar que las
metodologías desarrolladas y ulizadas en el marco de
este enfoque sólo serán aplicables caso por caso. (73)
Criterio Denición Métodos Indicadores Comentarios
Análisis de
Mercado
Identica-
ción de los
productos y
su evaluación
según el aná-
lisis FODA
1
.
Proyecciones
para 3 opciones:
caso base, caso
optimista y caso
pesimista.
CPC (competiti-
vidad de costos de
producción) y QR
(calidad de los
ingresos).
Se registran
el precio y la
demanda de
los productos
durante un año
Técnico
- econó-
mico
Evaluación
de la viabili-
dad técnica y
sostenibilidad
en términos
económicos,
sociales y
técnicos del
proyecto
Diseño de Pro-
cesos Químicos
Análisis de
procesos con-
siderando las
eciencias de
reacción, balan-
ces de masa y
energía
Cálculos de
costos de capital
(CAPEX) y cos-
tos de operación
(OPEX)
Eciencias de ruta
de reacción.
Toxicidad de
materias primas e
insumos.
Cantidad de
subproductos
generados en la
ruta de reacción
IRR (tasa interna
de retorno),
ROCE (retorno
de capital em-
pleado)
Registrar la
disponibilidad
de la materia
prima y su cos-
to. Evaluar la
relación costo/
rendimiento
según la tecno-
logía.
Análisis
de Ciclo
de vida
(LCA)
Herramienta
de evaluación
de soste-
nibilidad
ambiental de
las opciones
tecnológicas
y el uso
eciente de
recursos.
Cuanticación
de residuos y
subproductos
del proceso, su
disposición y
efectos en salud
y ambiente
GHG (emisiones
de gases de inver-
nadero), NRRM
(uso de recursos
no renovables),
Evaluar los
efectos de
productos /
residuos en la
salud de las
generaciones
actuales y
futuras y del
ecosistema.
Análisis de
la Cadena
de sumi-
nistros
(SC)
Mide el
nivel de
exibilidad
del proyecto
para mitigar
el riesgo de
volatilidad
del mercado.
Diseño del pro-
ceso y sus alter-
nativas, Diseño
de la cadena de
suministros.
MR (métrica de
robustez)
Cómo apro-
vechar el
benecio en
un mercado
volátil.
Tabla 10. Análisis correspondiente para la toma de decisiones
mulcriterio (MCDM). Fuente: Adaptado de (2). 1FODA: Fortalezas,
oportunidades, debilidades y amenazas.
Con todos estos puntos expuestos, es necesario
recalcar que se necesita una comprensión
minuciosa y detallada de cada proceso a ser
evaluado con la metodología MCDM (73,75) y
74). La MCDM incluye tres análisis: mercado,
económico y medioambiental. Los datos
del mercado incluyen varias heuríscas que
servirán para determinar las necesidades de
los consumidores, la presencia de mercados
especializados o de productos básicos, y la
capacidad de las biorrenerías para sasfacer
estas necesidades (74). En relación con la
conceptualización del proceso se ha propuesto
algoritmos de generación que permiten
incluir rutas de síntesis para la creación
de superestructuras de procesos (73). A
connuación, las rutas se pueden restringir
ulizando diversas heuríscas y se seleccionan
las mejores opciones. Hay que tener en cuenta
que el producto químico de la plataforma a
ser evaluada debe ser un producto básico para
soportar la capacidad de producción del proceso.
En la segunda etapa, se repite el proceso,
ulizando los productos de plataforma como
materia prima y generando matemácamente
una familia derivada de productos. Una vez más,
se uliza la heurísca, pero esta vez se elimina
la condición de producto básico. El resultado se
evalúa mediante análisis técnico-económico o
por simulaciones Monte Carlo como reportado
en Sammons et al. (76). Las combinaciones
resultantes se introducen en el MCDM como
opciones potenciales. Un ejemplo de la
complexidad de la metodología es es ilustrada
en la Figura 6.
45
CONCEPTOS DE BIOCATÁLISIS DE LA LIGNOCELULOSA DESDE UN
ENFOQUE DE INGENIERÍA DE PROCESOS Y SISTEMAS: UNA REVISIÓN.
Suárez, Sánchez, Lazaro, Rodríguez
Además, la comparación de alternavas
debe incluir criterios de sostenibilidad con
herramientas como el análisis de ciclo de vida.
Pues, las biorrenerías como toda industria
química presentan una serie de impactos
directos e indirectos sobre el medio ambiente,
requiriéndose una evaluación sistemáca de los
mismos (2, 72).
Como se ha revisado en este trabajo, las
plataformas de base biológica presentan muchas
oportunidades de productos de alto valor
agregado asociadas a desaos mulfactoriales,
por lo que los análisis técnico-económicos
representan estudios básicos y necesarios una
vez que los fundamentos ciencos en esta
materia se han consolidado
El presente trabajo brindó una revisión
bibliográca de temas que fundamentan la
1. Ullah K, Kumar Sharma V, Dhingra S, Braccio G, Ahmad M, Soa S. Assessing the lignocellulosic
biomass resources potenal in developing countries: A crical review. Renew Sustain Energy
Rev [Internet]. 2015 [citado 3 noviembre 2021]; 51: 682–698. Disponible en: hps://doi.
org/10.1016/j.rser.2015.06.044
2. Mansoornejad B, Sanaei S, Gilani B, Batsy DR, Benali M, Stuart PR. Designing Integrated
Bioreneries Using Process Systems Engineering Tools. En: Rabaçal M, Ferreira AF, Silva CAM,
Costa M, editores. Bioreneries: Targeng Energy, High Value Products and Waste Valorisaon
[Internet]. Cham: Springer Internaonal Publishing; 2017 [citado 3 noviembre 2021]. p. 201-26.
Disponible en: hps://doi.org/10.1007/978-3-319-48288-0_8
3. Singhania RR, Adsul M, Pandey A, Patel AK. Cellulases. En: Pandey A, Negi S, Soccol CR, editores.
Current Developments in Biotechnology and Bioengineering. Amsterdam: Elsevier; 2017. p. 37-
101.
4. Singh J, Kundu D, Das M, Banerjee R. Chapter 24 - Enzymac Processing of Juice From Fruits/
Vegetables: An Emerging Trend and Cung Edge Research in Food Biotechnology. En: Kuddus
M, editor. Enzymes in Food Biotechnology [Internet]. Academic Press; 2019 [citado 5 noviembre
2021]. p. 419-432. Disponible en: hps://doi.org/10.1016/B978-0-12-813280-7.00024-4
5. Singhania RR, Saini JK, Saini R, Adsul M, Mathur A, Gupta R, et al. Bioethanol producon from
wheat straw via enzymac route employing Penicillium janthinellum cellulases. Bioresour.
Technol. 2014; 169: 490–495.
6. Tursi A. A review on biomass: importance, chemistry, classicaon, and conversion. Biofuel
Res. J [Internet]. 2019 [citado 3 noviembre 2021]; 6(2): 962-979. Disponible en: hps://dx.doi.
org/10.18331/BRJ2019.6.2.3
7. Nagler A, Gerace S. First and second-generaon biofuels: What’s the dierence. Laramie, WY:
University of Wyoming Extension; 2020.
8. Fengel D, Weneger G. Wood: Chemistry, ultrastructure, reacons. Berlin: De Gruyter; 1984.
IV. CONCLUSIONES
V. REFERENCIAS
teoría para la aplicación del procesamiento
integrado de la biomasa desde una perspecva
de biorrenerías.
Los temas presentados son la composición de
la biomasa lignocelulósica, las posibilidades
de tecnologías de pretratamiento, ejemplos
de subproductos cuyo valor comercial es
interesante para la viabilidad económica de
los proyectos, y biocatálisis con la introducción
de los pos cócteles enzimácos, su acción
catalíca en diferentes sustratos y su oferta
comercial.
Además, con la nalidad de integrar y procesar
toda esta información se presentaron los
criterios usados en la Ingeniería de Procesos
y Sistemas y en la metodología de Toma
de Decisiones Mulcriterio, cuya jerarquía
puede ser direccionada a la comparación de
oportunidades generadas por tecnologías
prometedoras de base biológica desde un
enfoque muldisciplinario.
46
ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.179
9. Chávez-Sifontes M. La biomasa: fuente alternava de combusbles y compuestos químicos. An.
Quím. 2019, 115 (5): 399-407.
10. Brigham C. Chapter 3.22 - Biopolymers: Biodegradable Alternaves to Tradional Plascs. En:
Török B, Dranseld T, editores. Green Chemistry: An Inclusive Approach. Ámsterdam: Elsevier;
2018. p.753-770.
11. Bajpai P. Structure of Lignocellulosic Biomass. En: Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for
Biofuel Producon [Internet]. Singapore: Springer Singapore; 2016 [citado 31 octubre 2021]. p.
7-12. Disponible en: hps://doi.org/10.1007/978-981-10-0687-6_2
12. Orz-Toledo CO, Trujillo-Mozón CJ, Inuencia de los tratamientos químicos de mercerizado,
trimetoxisilanos y anhídrido maleico, sobre la estabilidad térmica de las bras de lino [tesis nal
de grado]. Trujillo: Universidad Nacional de Trujillo; 2019.
13. Patel JP, Parsania PH. Characterizaon, tesng, and reinforcing materials of biodegradable
composites. En: Shimpi NG, editor. Biodegradable and Biocompable Polymer Composites
[Internet]. Woodhead Publishing; 2018 [citado 5 noviembre 2021]. P. 55–79. Disponible en:
hps://doi.org/10.1016/B978-0-08-100970-3.00003-1
14. Cortes-Orz WG. Tratamientos Aplicables a Materiales Lignocelulósicos para la Obtención de
Etanol y Productos Químicos. J. Technol. 2014; 13(1): 39-44.
15. Carpenter D, Westover TL, Czernik S, Jablonski W. Biomass feedstocks for renewable fuel
producon: a review of the impacts of feedstock and pretreatment on the yield and product
distribuon of fast pyrolysis bio-oils and vapors. Green Chem [Internet]. 2014 [citado 3
noviembre 2021]; 16(2): 384–406. Disponible en: hps://doi.org/10.1039/C3GC41631C
16. Quesada-González, O, Torres-García E, Alfonso-Marnez FE. Estudio de la degradación térmica
del residuo de la naranja. Rev. cuba. quím [Internet]. 2011 [citado 3 noviembre 2021]; XXIII(1):
25-33. Disponible en: hps://www.redalyc.org/arculo.oa?id=443543722004
17. Avgerinos GC, Wang DIC. Selecve delignicaon for fermentaon of enhancement. Biotechnol
Bioeng. 1983; 25(1): 67–83.
18. Carvalho DM, Colodee JL. Comparave study of acid hydrolysis of lignin and polysaccharides in
biomasses. BioRes. 2017; 12(4): 6907-6923.
19. Dence CW. The Determinaon of Lignin. En: Lin SY, Dence CW, editores. Methods in Lignin
Chemistry. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg; 1992. p. 33-61.
20. Wang W, Niu M, Hou Y, Wu W, Liu Z, Liu Q, et al. Catalyc conversion of biomass-derived
carbohydrates to formic acid using molecular oxygen. Green Chem [Internet]. 2014
[citado 3 noviembre 2021]; 16(5): 2614-2618. Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.
procbio.2019.10.001
21. Haldar D, Kumar M. Lignocellulosic conversion into value-added products: A review. Process
Biochem [Internet]. 2019 [citado 3 noviembre 2021]; 89:110-133. Disponible en: hps://doi.
org/10.1016/j.procbio.2019.10.001
22. Saka S, Miyafuji H, Koara Y, Kawamoto H, inventores; Saka S, asignado. Method for producing
acec acid using anaerobic microorganism and method for producing bioethanol. English Patent
US8409832B2. 2013 Abr 2.
23. Wagner FS, Sta U. Acec Acid. En: Kirk-Othmer, editors. Encyclopedia of Chemical Technology
[Internet]. Oxford; John Wiley & Sons; 2014 [citado 23 de noviembre 2021]. Disponible en:
hps://doi.org/10.1002/0471238961.0103052023010714.a01
24. Morales de la Rosa, S. Hidrólisis ácida de celulosa y biomasa lignocelulósica asisda con líquidos
iónicos, [Tesis doctoral], Madrid: Universidad Autónoma de Madrid: 2015.
25. Song,J, Fan H, Ma J, Han B. Conversion of glucose and cellulose into value-added products in
water and ionic liquids. Green Chem, [Internet], 2013, [Citado 3 noviembre 2021], 15(10), 2619.
Disponible en: hps://doi.org/10.1039/C3GC41141A
26. Marianou A, Michailof C, Ipsakis D, Triantafyllidis K, Lappas A. Cellulose conversion into lacc
acid over supported HPA catalysts, Green Chem, [Internet], 2019, [Citado 3 noviembre 2021]
21(22), 6161-6178, Disponible en: hps://doi.org/10.1039/C9GC02622C
47
CONCEPTOS DE BIOCATÁLISIS DE LA LIGNOCELULOSA DESDE UN
ENFOQUE DE INGENIERÍA DE PROCESOS Y SISTEMAS: UNA REVISIÓN.
Suárez, Sánchez, Lazaro, Rodríguez
27. Aslam NM, Masdar MS, Kamarudin SK, Daud WRW. Overview on Direct Formic Acid Fuel Cells
(DFAFCs) as an Energy Sources. APCBEE Procedia, [Internet], 2012, [Citado 4 noviembre 2021],
3, 33-39, ISSN 2212-6708, Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.apcbee.2012.06.042.
28. Rejal ZS, Masdar SM, Kamarudin SK. A parametric study of the direct formic acid fuel cell (DFAFC)
performance and fuel crossover. Int. J. Hydrog. Energy. [Internet], 2014, [Citado 5 noviembre
2021]; 39: 10267–10274. Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.04.149.
29. Patel, A., Shah A. Integrated lignocellulosic biorenery: Gateway for producon of second-
generaon ethanol and value-added products. JB&B, 2021; 6(2), 108-128.
30. Cerioni JL, Santori GF, Nichio NN. Producción de Xilitol a parr de la hidrogenación de xilosa
en fase acuosa con catalizadores de níquel. InvJov [Internet]. 2019 [citado 3 de noviembre de
2021]; 6 (Especial):53-4. Disponible en: hps://revistas.unlp.edu.ar/InvJov/arcle/view/6774
31. Yue P, Hu Y, T R, Bian J, Peng, F. Hydrothermal pretreatment for the producon of oligosaccharides:
A review. Bioresour. Technol. [Internet], 2021, [Citado 3 noviembre 2021]; 343: 126075.
Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126075.
32. Maeda M, Hosoya T, Yoshioka K, Miyafuji H, Ohno H, Yamada T. Vanillin producon from nave
sowood lignin in the presence of tetrabutylammonium ion. J Wood Sci, [Internet]. 2018 [citado
5 noviembre 2021]; 64: 810–815, Disponible en: hps://doi.org/10.1007/s10086-018-1766-0
33. Marnez-Vargas DX. Catalizadores complejos salen CO (ii), Fe (iii) y Cu (ii) soportados en SiO2,
Al2O3 y carbón acvado, con selecvidad para la obtención de catecol y 2,5- diformilfurano
[Tesis doctoral]. México: Universidad Autónoma de Nuevo León; 2016.
34. Domínguez-González A, Hernández-Soto R, Salgado-Román JM, Ardila-Arias AN, Hernández-
Maldonado JA, Obtención de compuestos aromácos por oxidación de lignina con lacasa
inmovilizada en alginato. AGRO, [Internet], 2018, [Citado 5 noviembre 2021]; 52: 191-202.
Disponible en: hp://www.scielo.org.mx/pdf/agro/v52n2/2521-9766-agro-52-02-191-en.pdf
35. McCarthy AL, O’Callaghan YC, Connolly A, Piggo CO, FitzGerald RJ, O’Brien NM. Phenolic extracts
of brewers’ spent grain (BSG) as funconal ingredients – Assessment of their DNA protecve
eect against oxidant-induced DNA single strand breaks in U937 cells. Food Chem [Internet].
2012 [Citado 5 noviembre 2021]; 134(2): 641–646. Disponible en: hp://dx.doi.org/10.1016/j.
foodchem.2012.02.133
36. Pacheco MI. Obtención de ácido Ferúlico a parr de un concentrado de la hidrólisis alcalina
del maíz [Tesis Master]. Hermosillo: Centro de Invesgación en Alimentación y Desarrollo, A.C.
(CIAD) Sonora; 2015.
37. Matsakas L, Karnaouri A, Cwirzen A, Rova U, Christakopoulos P. Formaon of lignin nanoparcles
by combining organosolv pretreatment of birch biomass and homogenizaon processes.
MDPI, [Internet]. 2018 [citado 3 noviembre 2021]; 23. Disponible en: hps://doi.org/10.3390/
molecules23071822
38. Low LE, Teh KC, Siva SP, Chew IM, Mwangi WW, Chew CL, et. al. Lignin nanoparcles: The
next green nanoreinforcer with wide opportunity. Environ. Nanotechnol Monit Manag
[Internet]. 2016 [Citado 10 noviembre 2021]; 15(5). Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.
enmm.2020.100398
39. De Bhowmick G, Sarmah AK, Sen R. Lignocellulosic biorenery as a model for sustainable
development of biofuels and value added products. Bioresour Technol, [Internet]. 2018
[Citado 4 noviembre 2021]; 247: 1144–1154. Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.
biortech.2017.09.163
40. Katsimpouras C, Zacharopoulou M, Matsakas L, Rova U, Christakopoulos P, Topakas E. Sequenal
high gravity ethanol fermentaon and anaerobic digeson of steam explosion and organosolv
pretreated corn stover. Bioresour Technol. 2017; 244:1129-1136.
41. Oliva JM, Negro, MJ, Manzanares P, Ballesteros I, Chamorro MA, Sáez F. et al. Sequenal Steam
Explosion and Reacve Extrusion Pretreatment for Lignocellulosic Biomass Conversion within a
Fermentaon-Based Biorenery Perspecve. MDPI [Internet]. 2017. [citado 6 noviembre 2021];
3(15). Disponible en: hps://doi.org/10.3390/fermentaon3020015
48
ISSN 2477-9105
Número 28 Vol.1 (2022)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i28.179
42. Kumar B, Bhardwaj N, Agrawal K, Chaturvedi V, Verma P. Current perspecve on pretreatment
technologies using lignocellulosic biomass: An emerging biorenery concept. Fuel Process
Technol [Internet]. 2020 [citado 3 noviembre 2021]; 199: 106244. Disponible en: hps://doi.
org/10.1016/j.fuproc.2019.106244.
43. Rezania S, Oryani B, Cho J, Talaiekhozani A, Sabbagh F, Hashemi B. et al. Dierent pretreatment
technologies of lignocellulosic biomass for bioethanol producon: An overview. Energy,
[Internet]. 2020 [citado 3 noviembre 2021]; 199: 117457. Disponible en: hps://doi.
org/10.1016/j.energy.2020.117457
44. Singh J, Suhag M, Dhaka A. Augmented digeson of lignocellulose by steam explosion, acid
and alkaline pretreatment methods: A review. Carbohydr. Polym., [Internet]. 2015 [citado 3
noviembre 2021]; 117: 624–631. Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.10.012
45. Gurgel-da Silva AR, Torres Ortega CE, Rong BG. Techno-economic analysis of dierent
pretreatment processes for lignocellulosic-based bioethanol producon. Bioresour Technol.
[Internet]. 2016 [citado 6 noviembre 2021]; 218:561-570. Disponible en: hps://doi.
org/10.1016/j.biortech.2016.07.007.
46. Biswas R, Uellendahl H, Ahring, BK. Wet Explosion: a Universal and Ecient Pretreatment
Process for Lignocellulosic Bioreneries. Bioenerg. Res. [Internet]. 2015 [citado 10 noviembre
2021]; 8: 1101–1116. Disponible en: hps://doi.org/10.1007/s12155-015-9590-5
47. Bhuo AW, Qureshi K, Harijan K, Abro R, Abbas T, Bazmi A. et al. Insight into progress in pre-
treatment of lignocellulosic biomass. Energy [Internet]. 2017 [citado 3 noviembre 2021]; 122:
724–745. Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.energy.2017.01.005.
48. Jaisamut K, Paulová L, Patáková P, Kotúčová S, Rychtera M. Eect of sodium sulte on acid
pretreatment of wheat straw with respect to its nal conversion to ethanol. Biomass Bioenergy
[Internet]. 2016 [citado 5 noviembre 2021]; 95: 1–7. Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.
biombioe.2016.08.022
49. Nosratpour MJ, Karimi K, Sadeghi M. Improvement of ethanol and biogas producon from
sugarcane bagasse using sodium alkaline pretreatments. J. Environ. Manage [Internet].
2018 [citado 3 noviembre 2021]; 226: 329–339. Disponible en: hps:// doi: 10.1016/j.
jenvman.2018.08.058.
50. Mankar AR, Pandey A, Modak A, Pant KK. Pretreatment of lignocellulosic biomass: A review on
recent advances. Bioresour Technol [Internet]. 2021 [citado 6 noviembre 2021]; 334:125235.
Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125235
51. Arjan S, Wouter H. Eecve fraconaon of lignocellulose in herbaceous biomass and hardwood
using a mild acetone organosolv process Green Chem [Internet]. 2017 [citado 6 noviembre
2021]; 19:5505-5514, Disponible en: hps://doi.org/10.1039/C7GC02379K
52. Volynets B, Ein-Mozaari F, Dahman Y. Biomass processing into ethanol: pretreatment, enzymac
hydrolysis, fermentaon, rheology, and mixing. Green Process. Synth. 2017; 6: 1‒22.
53. Chen H, Fu X. Industrial technologies for bioethanol producon from lignocellulosic biomass.
Renew Sustain Energy Rev 2016; 57: 468‒478.
54. Forsberg Z, Mackenzie AK, Sorlie M, Rohr AK, Helland R, Arvai AS, et al. Structural and funconal
characterizaon of a conserved pair of bacterial cellulose-oxidizing lyc polysaccharide
monooxygenases. Proc Natl Acad Sci 2014; 111 (23): 8446–8451.
55. Westereng B, Agger JW, Horn SJ, Vaaje-Kolstada G, Aachmann FL, Stenstrøm YH, et al.
Ecient separaon of oxidized cello-oligosaccharides generated by cellulose degrading lyc
polysaccharide monooxygenases. J Chromatogr A. 2013; 1271: 144–152.
56. Levasseur A, Drula E, Lombard V, Counho PM, Henrissat B. Expansion of the enzymac
repertoire of the CAZy database to integrate auxiliary redox enzymes. Biotechnol Biofuels. 2013;
6 (1): 41.
57. Lombard V, Ramulu HG, Drula E, Counho PM, Henrissat B. The carbohydrate-acve enzymes
database (CAZy) in 2013. Nucleic Acid Res. 2014; 42 (D1): D490–D495.
58. Hemsworth GR, Ciano L, Davies GJ, Walton PH. Producon and spectroscopic characterizaon of
lyc polysaccharide monooxygenases. Methods Enzymol. 2018; 613: 63–90.
49
CONCEPTOS DE BIOCATÁLISIS DE LA LIGNOCELULOSA DESDE UN
ENFOQUE DE INGENIERÍA DE PROCESOS Y SISTEMAS: UNA REVISIÓN.
Suárez, Sánchez, Lazaro, Rodríguez
59. Valenzuela SV, Ferreres G, Margalef G, Pastor FIJ. Fast puricaon method of funconal LPMOs
from Streptomyces ambofaciens by anity adsorpon. Carbohydr Res. 2017; 448: 205–211.
60. Kracher D, Scheiblbrandner S, Felice AKG, Breslmayr E, Preims M, Ludwicka K, et al, Extracellular
electron transfer systems fuel cellulose oxidave degradaon. Science. 2016; 352: 1098–1101.
61. Eijsink VGH, Petrovic D, Forsberg Z, et al. On the funconal characterizaon of lyc polysaccharide
monooxygenases (LPMOs). Biotechnol Biofuels [Internet]. 2019 [citado en 10 de enero 2022];
12:58. Disponible en: hps//doi.org/10.1186/s13068-019-1392-0
62. Chylenski P, Petrovic DM, Müller G, Dahlstrom M, Bengtsson O, Lersch M, et al. Enzymac
degradaon of sulte-pulped sowoods and the role of LPMOs. Biotechnol. Biofuel. 2017; 10:
177.
63. Kumar, Bikash & Verma, Pradeep. Enzyme mediated mul-product process: A concept of
bio-based renery. Ind Crops Prod [Internet]. 2020 [citado 3 noviembre 2021]; 154. 112607.
Disponible en: hps//doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112607.
64. Singhania R, Dixit P, Patel AK, Giri BS, Kuo C, Chen C, et al. Role and signicance of
lycpolysaccharide monooxygenases (LPMOs) in lignocellulose deconstrucon. Bioresour
Technol [Internet]. 2021 [citado 3 noviembre 2021]; 335: 125261. Disponible en: hps://doi.
org/10.1016/j.biortech.2021.125261.
65. Kubicek CP, Kubicek EM. Enzymac deconstrucon of plant biomass by fungal enzymes. Curr
Opin Chem Biol. 2016; 35: 51‒57
66. Singhania RR, Patel AK, Pandey A, Ganansounou E. Genec modicaon: A tool for enhancing
beta-glucosidase producon for biofuel applicaon. Bioresour. Technol. 2017; 245: 1352‒1361
67. Novozymes: Bioenergy. Enzymes for biomass conversión [Internet], Copenhagen, Dinamarca:
[consultado 5 noviembre 2021] Disponible en: hps://biosoluons.novozymes.com/en/
bioenergy/biomass-conversion
68. Ghose T K. Measurement of cellulase acvies. Pure Appl. Chem. 1987; 59(2): 257-268.
69. Acelerasse 1500: Cellulase Enzyme Complex for Lignocellulosic Biomass Hydrolysis, [Internet],
Delaware, Estados Unidos: Dupont [consultado 5 seembre 2021]; Disponible en: hp://www.
shinshu-u.ac.jp/faculty/engineering/chair/chem010/manual/accellerase1500_Dupont.pdf
70. Yang JE, Kim JK, Lee S H, Yu J, Kim KH. Evaluaon of commercial cellulase preparaons for the
ecient hydrolysis of hydrothermally pretreated empty fruit bunches. BioRes. 2017; 12(4),
7834-7840.
71. Salcedo J, López J, Florez L. Evaluación de enzimas para la hidrólisis de residuos (hojas y cogollos)
de la cosecha de caña de azúcar. Dyna. 2011; 169:182-190.
72. Daoudis P, Kelloway A, Marvin WA, Rangarajan S, Torres AI. Process systems engineering for
bioreneries: new research vistas. Curr Opin Chem Eng [Internet]. 2013 [citado 3 noviembre
2021]; 2(4): 442–447. Disponible en: hps://doi.org/10.1016/j.coche.2013.09.006.
73. Sacramento-Rivero JC. A methodology for evaluang the sustainability of bioreneries:
framework and indicators. Biofuels Biopro. Bioref. 2012; 6:32–44.
74. Dieudonne B, Solvason C, Sammons N, Chambost V, Bilhartz D, Eden M, et al. Product Porolio
Selecon and Process Design for the Forest Biorenery. En: Stuart P, El-Halwagi M. Integrated
Bioreneries: Design, analysis and Opmizaon. Taylor and Francis Editors; 2012. P. 4-33.
75. Holladay JE, Bozell JJ, White JF, Johnson D. Top Value-Added Chemicals from Biomass-Volume
II—Results of Screening for Potenal Candidates from Biorenery Lignin. En: Pacic Northwest
Naonal Laboratory (PNNL) and the Naonal Renewable Energy Laboratory (NREL) Sta. Oak
Ridge; U.S. Department of Energy. 2007. p. 30-87.
76. Sammons NE, Yuan W, Eden MR, Askoy B, Cullinan HT. Opmal biorenery product allocaon by
combining process and economic modeling. Chem Eng Res Des, 2008; 86: 800–808.
