Caracterización química y estructural de lignina y lípidos de materiales lignocelulósicos de interés industrial

En la presente Tesis se ha estudiado la composicion quimica de diversos materiales lignocelulosicos, que incluyen cultivos de crecimiento rapido, tanto madereros (madera de eucalipto) como no madereros (hierba elefante), y residuos agricolas (paja de trigo). Se puso especial enfasis en el estudio de la lignina y los compuestos extraibles lipofilicos, cuya composicion y estructura influyen decisivamente en los procesos industriales de los materiales lignocelulosicos. Por otro lado, se estudio la modificacion de la estructura de la lignina de eucalipto durante diversos procesos de deconstruccion alcalina. Esta informacion constituye un punto de partida importante para optimizar procesos de biorrefineria, en particular los procesos de coccion para la produccion de pasta de celulosa y los procesos de produccion de bioetanol. La caracterizacion estructural de las ligninas se llevo a cabo mediante tecnicas analiticas avanzadas (Py-GC/MS, 2D-NMR, DFRC y SEC). Tanto el contenido en lignina de las maderas de diferentes especies hibridas de eucalipto (27-28%), como la composicion y las caracteristicas estructurales de sus ligninas fueron similares, con una relacion S/G entre 2.6 y 3.1, y con un predominio de enlaces alquil-aril eter ? -O-4´, y en menor proporcion enlaces carbono-carbono ? -? ´ en subestructuras resinol, ? -5´ en subestructuras fenilcumarano, y ? -1´ en subestructuras espirodienona. La hierba elefante y la paja de trigo presentaron un contenido en lignina mas bajo (20% y 18%, respectivamente), y la composicion de sus ligninas esta mas enriquecida en unidades G y H, con una relacion S/G de 1.4 y 0.5, respectivamente, y una relacion H/G de 0.1 para ambas. Presentaron una proporcion de enlaces ? -O-4´ parecida a la de las ligninas de madera de eucalipto, sin embargo se caracterizaron por una proporcion mas alta de enlaces ? -5´ en subestructuras fenilcumarano, y mas baja de enlaces ? -? ´ en subestructuras resinol. Tambien se caracterizaron por la presencia de unidades aciladas, con un predominio de unidades S p-cumaroiladas y unidades G acetiladas, en subestructuras eterificadas de la lignina de hierba elefante y paja de trigo, respectivamente. Es de destacar el descubrimiento en estas ligninas del flavonoide tricina, que esta unido al polimero mediante enlaces ? -O-4´ a unidades G. El contenido de extraibles lipofilicos en la madera de las diferentes especies hibridas de eucalipto fue muy parecido (0.2-0.3%), con un predominio de compuestos esteroidales, incluyendo tanto esteroles libres como conjugados (en forma de esteres y glicosidos). La hierba elefante y paja de trigo presentaron un contenido de extraibles lipofilicos bastante mas elevado (0.9% y 2.0%, respectivamente), con un predominio de compuestos alifaticos lineales, principalmente acidos y alcoholes grasos, esteres de glicerol, ceras y ? -dicetonas. Finalmente, se estudio la modificacion estructural de la lignina de eucalipto durante la deconstruccion quimica mediante diferentes procesos de coccion alcalina (kraft, sosa-AQ y sosa-O2). Para ello, se aislaron las ligninas residuales de pastas procedentes de las diferentes cocciones alcalinas con distintos grados de deslignificacion (distintos numeros kappa), y junto a las ligninas precipitadas de los correspondientes licores de coccion, se analizaron en detalle mediante diferentes tecnicas analiticas (SEC, Py-GC/MS, HSQC y 31P-NMR). La composicion y las caracteristicas estructurales de las ligninas residuales fueron parecidas a las de la lignina nativa de la madera, mientras que las ligninas precipitadas presentaron un grado de degradacion mucho mayor, en cuanto a la proporcion de enlaces eter ? - O-4´ y enlaces condensados, el contenido de grupos carbonilos e hidroxilos en la cadena lateral, el contenido de grupos hidroxilos en la parte aromatica (fenolicos), y en cuanto al peso molecular. Se concluyo que el proceso sosa-O2 presentaba una mayor degradacion de la lignina, y por tanto se podria utilizar como pretratamiento para la deconstruccion de madera de eucalipto con vistas a la produccion de bioetanol. La presente Tesis incluye los siguientes apartados: i) una introduccion acerca de los constituyentes de los materiales lignocelulosicos, con un enfoque en la lignina, y su utilizacion en procesos industriales; ii) los objetivos que se han perseguido en la Tesis; iii) una descripcion detallada de los materiales y metodos utilizados; iv) las correspondientes referencias citadas; v) los principales resultados obtenidos y la discusion de los mismos, que se presentan en forma de publicaciones; y finalmente vi) las principales conclusiones obtenidas.