Estudio de lignina y lípidos en madera de eucalipto: caracterización química en distintas especies y su evolución durante la fabricación y blanqueo químico y enzimático de la pasta de papel



Autor:

rencoret pazo, jorge

Universidad:

sevilla

Departamento:

Informacion no disponible

Fecha de lectura:

12-12-2008

Director:


gutierrez suarez, ana
TRIBUNAL

Presidente:

colom pastor, josé francisco

Secretario:

pablos pons, fernando

Vocal:

martinez ferrer, angel tomas

Vocal:

pardo prieto, jose manuel

Vocal:

jiménez barbero, jesús


Descriptores:


line

Resumen:


La madera de eucalipto constituye una materia prima excepcional para la obtención de pasta de celulosa a nivel mundial. En concreto, la especie Eucalyptus globulus es una de las más preciadas en la elaboración de pasta kraft debido a su elevado rendimiento, siendo la Península Ibérica, por sus condiciones climáticas, una de las regiones donde esta especie crece en condiciones óptimas. Sin embargo, otras especies de eucalipto (E. nitens, E. maidenii, E. grandis y E. dunnii) también se utilizan habitualmente en la industria papelera. En la presente Tesis se plantea el estudio detallado mediante el empleo de diversas técnicas analíticas incluyendo GC-MS, Py-GC/MS y 2D-NMR de la composición química de la madera de estas cinco especies de eucalipto, poniendo especial énfasis en la composición de los lípidos y lignina, así como en la evolución de estos componentes durante los procesos de cocción y blanqueo. La importancia de la fracción lipofílica radica en que ésta es la responsable de la formación de los denominados depósitos de pitch durante la fabricación de pasta y papel, que reducen drásticamente la calidad del producto final, provocando importantes pérdidas económicas. Por otra parte, tanto el contenido como la composición y estructura de la lignina influyen decisivamente en el proceso de deslignificación, y por tanto afectan tanto a las condiciones de cocción como al blanqueo de la pasta. Finalmente, se han estudiado aplicaciones biotecnológicas que permitan eliminar tanto la lignina residual de las pastas como los extraíbles lipofílicos responsables de los depósitos de pitch, mediante el uso de preparados enzimáticos. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que las maderas de estas cinco especies de eucalipto se caracterizan por su bajo contenido en lípidos (0.3-0.6%) y lignina (18-22%), siendo la especie E. globulus la que presenta el menor contenido en ambos componentes. Los compuestos lipofílicos más abundantes en las maderas de eucalipto estudiadas son los esteroles libres y conjugados (en forma de ésteres y glicósidos), así como cantidades menores de ácidos grasos y monoglicéridos. Se identificaron además unas series de ésteres de tocoferoles nunca antes descritas en maderas de eucalipto. En cuanto a las ligninas, todas ellas presentan una mayor proporción de unidades de tipo siringilo (S) que de tipo guayacilo (G), lo que las hace fácilmente deslignificables debido a la mayor reactividad de las unidades tipo S en medios alcalinos, siendo la mayor relación S/G para la especie E. globulus. Los principales enlaces entre las unidades de lignina son los de tipo aril-éter b-O-4' (ca. 80%), seguidos por enlaces de tipo b-b'/a-O-¿'/¿-O-a' (resinol), mayoritariamente formado por siringarresinol (ca. 10%), junto con porcentajes menores de enlaces b-5'/a-O-4' (fenilcumarano) y b-1'/a-O-a' (espirodienona). La elevada proporción de enlaces aril-éter b-O-4' que se encuentra en la lignina de la especie E. globulus, junto a su mayor relación S/G, hace que su madera sea la más fácilmente deslignificable durante la cocción kraft. Durante la cocción kraft de la madera de E. globulus se produce la eliminación de una gran parte de la fracción lipofílica, sin embargo ciertos compuestos, tales como los esteroles libres y conjugados (ésteres y glicósidos de esteroles), permanecen en gran medida intactos en la pasta, siendo los principales responsables de la formación de depósitos de pitch. En cuanto a la lignina, durante la cocción se degrada y disuelve mayoritariamente. La lignina que permanece en la pasta (lignina residual) se caracteriza por ser muy similar a la lignina nativa de la madera, con un predominio de subestructuras ß-O-4', seguido de siringarresinol y fenilcumarano, mientras que la lignina que se disuelve (lignina kraft) es muy diferente, presentando un porcentaje muy bajo de estructuras ß-O-4' y un mayor predominio de estructuras de tipo siringarresinol, encontrándose más oxidada y con una mayor relación S/G. Las mayores modificaciones estructurales de la lignina residual tienen lugar durante el proceso de blanqueo, obteniéndose una lignina constituida básicamente por subestructuras ß-O-4', con una mayor proporción de carbonilos conjugados y una menor relación S/G. Finalmente, se estudiaron aplicaciones biotecnológicas, basadas en el uso de enzimas, para la eliminación tanto de la lignina residual de las pastas como de los extraíbles lipofílicos responsables de los depósitos de pitch. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el sistema enzimático compuesto por la lacasa del hongo Pycnoporus cinnabarinus y el mediador sintético HBT muestra una gran eficacia para eliminar la lignina residual de la pasta y los lípidos presentes en la misma. Este sistema enzimático resulta muy eficaz cuando se introduce como una etapa intermedia en una secuencia de blanqueo TCF (O-O-L-Q-PoP), obteniéndose pastas con una blancura más elevada y un índice kappa más bajo (menor contenido en lignina residual) que las obtenidas en dicha secuencia química sin enzima. La aplicación de este sistema enzimático consigue además una eliminación total de los esteroles libres y conjugados que sobreviven a la cocción kraft, y que son los principales responsables de la formación de depósitos de pitch. Sin embargo, y debido a que el mediador HBT presenta una serie de inconvenientes (toxicidad potencial y coste elevado), se realizaron diversos estudios con el fin de encontrar mediadores alternativos. Entre los distintos compuestos ensayados como mediadores de la lacasa en reacciones de deslignificación y eliminación de lípidos de la pasta, se utilizaron varios compuestos fenólicos relacionados con la lignina (mediadores "naturales"), resultando ser el siringaldehído y la acetosiringona los mediadores con los que se obtuvieron los mejores resultados. Este sistema enzimático para el control de los depósitos de pitch se ha patentado y licenciado a la empresa danesa Novozymes, líder mundial en producción y comercialización de enzimas industriales.