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Aplicación de la biotecnología para el blanqueo y funcionalización de fibras papeleras

29-01-2018

Elisabetta Aracri defendió su tesis doctoral en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa (ESEIAAT) de la UPC. Esta tesis fue dirigida por la doctora Teresa Vidal en el marco del Programa de Doctorado de Ingeniería Textil y Papelera, poseedor de la mención de excelencia académica.

El trabajo de tesis fue realizado en los laboratorios del grupo de Investigación en ingeniería papelera CELBIOTECH y financiado por una beca FPU concedida por el Ministerio de Ciencia e Innovación, así como también una ayuda del mismo Ministerio para realizar una estancia en el Institute of Paper Science and Technology del Georgia Institute of Technology (Atlanta, EE.UU.). El trabajo, que resultó en la publicación de 8 artículos en revistas científicas, recibió además el soporte económico de diferentes proyectos nacionales y del Proyecto Europeo Integrado BIORENEW, del Sexto Programa Marco.

El trabajo de Elisabetta Aracri nació del interés en conocer el potencial de la tecnología enzimática, en particular de los sistemas basados en la lacasa, para la biomodificación de fibras especiales de sisal a través de procesos amigables con el medio ambiente. La tesis se desarrolló siguiendo dos líneas de investigación diferentes: el bioblanqueo y la funcionalización enzimática de las fibras de sisal. El estudio empezó con la evaluación del uso de compuestos fenólicos naturales como sustitutos de los mediadores sintéticos, costosos y potencialmente tóxicos, utilizados en el sistema enzimático lacasa-mediador.

La nueva doctora Elisabetta Aracri, en el centro, con el tribunal de la tesis
La nueva doctora Elisabetta Aracri, en el centro, con el tribunal de la tesis

Se examinó la tendencia de los fenoles naturales a promover la deslignificación o a acoplarse a las fibras con el fin de evaluar su potencial para el bioblanqueo o la funcionalización de las fibras de sisal. Para el estudio del bioblanqueo, se realizaron secuencias totalmente libres de cloro (TCF), incluyendo un pre-tratamiento con xilanasa, para comparar la eficacia de uno de los mediadores naturales y un mediador sintético de uso común. Las secuencias estudiadas proporcionaron una pasta de sisal con un alto contenido en celulosa y con valores de blancura superiores a 80% ISO, mostrando mayor eficacia en el proceso y menor impacto en las propiedades de los efluentes que en presencia del mediador sintético.

Se estudiaron dos métodos diferentes de funcionalización de las fibras, basados en la modificación de la lignina (biografting) y en la modificación de la celulosa (oxidación con sistema lacasa-TEMPO). Se demostró el acoplamiento covalente de los compuestos fenólicos a las fibras en el tratamiento con lacasa a través de un nuevo método de análisis basado en el uso de pirolisis acoplada a cromatografía de gases/espectrometría de masas. La eficacia del biografting se mejoró aplicando la etapa de refino previamente al tratamiento enzimático, obteniéndose papeles de mayor resistencia mecánica.

Se estudió, por primera vez en pasta de sisal, el uso del sistema lacasa-TEMPO para mejorar las propiedades de resistencia mecánica a través de una modificación oxidativa de la celulosa. Los primeros estudios mostraron una importante mejora de la resistencia en húmedo en la pasta tratada por el sistema lacasa-TEMPO atribuido a la formación de una considerable cantidad de grupos aldehídos en las cadenas celulósicas capaces de generar enlaces inter-fibras a través de la formación de hemiacetales. A continuación, se estudió la influencia de las variables del proceso en varias propiedades de las fibras oxidadas y de los papeles finales usando un plan estadístico a tres variables. Las condiciones que dieron lugar al mayor grado de funcionalización e incremento de propiedades de resistencia mecánica se usaron para realizar tratamientos de mayor eficacia, lo que sacó a la luz el potencial del sistema lacasa-TEMPO para el biorefino de las fibras.

Aplicación de la biotecnología para el blanqueo y funcionalización de fibras papeleras

CELBIOTECH-Engineering and Biotechnology of Lignocellulosic and Paper Materials. www.celbiotech.upc.edu


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