Aplicación industrial de las celulasas

Debido a la capacidad de estas enzimas de degradar o modificar la celulosa, las celulasas tienen un amplio rango de aplicaciones. Son actualmente unas de las enzimas industriales más utilizadas, debido a su uso en el procesamiento de algodón, como enzimas en detergentes, en la extracción de zumos y como aditivos de alimentos para animales. Las celulasas tienen también creciente aplicación en las industrias de combustibles, farmacéutica y papelera (Bhat & Bhat 1997; Sharma et al. 2016).

En la industria alimentaria se utilizan las celulasas en procesos como en la extracción de zumos de fruta y aceite de las semillas y la clarificación de zumos de frutas.

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Se usan también en la eliminación de la capa externa de la soja para la producción de alimentos fermentados como salsa de soja y miso, en el aislamiento de proteínas de soja y coco, y para el aislamiento del almidón de maíz y patata. Para la gelatinización de algas con el fin de aumentar su digestibilidad y para la extracción de agar de algas marinas también presentan aplicación. Las celulasas también se utilizan para mejorar la calidad nutritiva de los alimentos fermentados, mejora de la rehidratación de legumbres secas y mezclas de sopa, la producción de celooligosacáridos, glucosa y otros azúcares solubles a partir de residuos celulósicos (Bhat & Bhat 1997).

En las industrias cerveceras y vinícola. Las celulasas y las liquenasas se utilizan para hidrolizar β-1,3-1,4-glucanos, que se encuentran en el endospermo de la cebada y mejorar la filtración de la cerveza, disminuir su turbidez, y para aumentar el aroma de los vinos (Bhat 2000).

En la industria de la alimentación animal. Las celulasas juegan un papel crucial en el incremento de la tasas de digestión de la fibra, ya que mejoran el tratamiento de ensilaje para mejorar la digestibilidad de los rumiantes (Sharma et al. 2016).

En la industria textil de algodón, las celulasas se utilizan en el proceso de biolavado de las prendas vaqueras para eliminar el exceso de tinte (azul de índigo) y dar a las prendas suavidad y aspecto gastado, permitiendo la eliminación parcial o total del uso de piedra pómez. También en el proceso de biopulido, que mediante la hidrólisis controlada de las microfibrillas de las superficie de las telas, mejorar el aspecto, color y brillo de las prendas de algodón (Bhat & Bhat 1997).

En la industria de los biocombustibles, las celulasas se utilizan en la bioconversión de residuos agroindustriales, y en general de la biomasa, en bioetanol. Los biocombustibles proporcionan una alternativa a los combustibles fósiles ya que además de usar materias primas renovables no contribuyen al incremento del dióxido de carbono atmosférico. La utilización de la biomasa celulolítica es una alternativa al uso de azúcar y maíz, al no competir con alimentos para la nutrición humana. Por ejemplo, la conversión de la paja de arroz en etanol es un reto muy atractivo, dado que este residuo agrícola representa el 50% de la biomasa agraria mundial. La producción de combustibles de segunda generación (que no compiten con alimentos) supone la conversión efectiva de compuestos lignocelulósicos recalcitrantes en azúcares fermentables, que necesita varios pasos secuenciales: reducción del tamaño de la materia prima, pretratamiento para la

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eliminación de la lignina, hidrólisis enzimática de la celulosa con enzimas microbianas y fermentación de los azúcares a etanol por microorganismos fermentadores (Dodd & Cann 2009; Wilson 2009; Sharma et al. 2016). Para una eficiente hidrólisis de la celulosa para la producción de bioetanol se requieren celulasas robustas y de elevada actividad. La búsqueda de nuevas celulasas con características superiores a las de las celulasas actuales, así como la de otras enzimas que contribuyan y mejoren la sacarificación de la biomasa por celulasas, es uno de los principales retos de investigación en este campo.

En la industria papelera el uso de las celulasas va en aumento por su potencial para disminuir los costos de producción y para lograr un impacto medioambiental reducido. En procesos papeleros específicos las celulasas pueden contribuir a reducir la utilización de productos químicos y de energía. Las celulasas tienen aplicación en el reciclado del papel para el destintado de las fibras (deinking). El principal beneficio del biodestintado, es la disminución del uso de álcali requerido, la reducción de la contaminación ambiental y la mejora de las propiedades ópticas y resistencia de las fibras (Bajpai 2010).

Uno de los aspectos de mayor interés tecnológico en la industria papelera es la disminución del consumo energético, donde el proceso de refinado es el principal consumidor. La aplicación de enzimas que modifiquen la superficie de las fibras puede potenciar los mecanismos de cohesión interfibra e incrementar las propiedades mecánicas del papel. En este contexto, el uso de celulasas previamente al refinado mecánico puede facilitar dicho proceso y por tanto disminuir el gasto energético del mismo (Gil et al. 2009). La evaluación de enzimas comerciales y de desarrollo como coadyuvantes del refinado ha originado resultados muy dispares. La aplicación de endoglucanasas puede deteriorar las propiedades mecánicas del papel, mientras que las celobiohidrolasas no suelen producir efectos significativos (Pere et al. 1995). Otras investigaciones describen que la celobiohidrolasa CBHI de Trichoderma reesei como etapa previa al refinado, da lugar a un ahorro de energía de hasta el 40% con mejoras de la resistencia mecánica, mientras que el tratamiento con la endoglucanasa EGI de Trichodermareesei disminuye ligeramente el consumo de energía, pero afecta las propiedades mecánicas del papel (Bhat 2000; Bajpai 2010). En este contexto es de gran interés la identificación de nuevas enzimas que produzcan la fibrilación externa e interna de las fibras sin dañarlas. Los estudios de aplicación de la celulasa Cel9B de Paenibacillus barcinonensis previamente al refinado muestran un incremento notable en las propiedades mecánicas del papel

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eucalipto y lino (índice de tracción y estallido) (García et al. 2002; Cadena et al. 2010; Garcia-Ubasart et al. 2013). Los resultados obtenidos con Cel9B, muestran que la enzima facilita el proceso de refinado permitiendo ahorros importantes de energía, además de mejorar notablemente las propiedades mecánicas del papel.

Las celulasas han demostrado su potencial de biorefinado, este efecto depende del tipo de enzima, sustrato, condiciones y tiempo de aplicación. La dosificación de las celulasas es muy importante, ya que si la dosis es muy elevada, las propiedades mecánicas del papel pueden verse afectadas drásticamente. Es por ello de importancia tecnológica la identificación y desarrollo de celulasas monocomponente que modifiquen las fibras celulósicas y aporten propiedades únicas a los productos obtenidos, disminuyendo el consumo de energía y el impacto medioambiental de la industria papelera.

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Objetivos