Obtención de compuestos químicos de interés a partir de residuos agroforestales

La biomasa lignocelulósica es la mayor fuente renovable de compuestos orgánicos. En la presente Tesis Doctoral se abordan la valorización de dos tipos de residuos industriales de biomasa lignocelulósica. En primer lugar, se lleva a cabo la valorización de la fracción de lignina del serrín de Populus salicaceae (Populus sp.), comúnmente conocido como 'chopo'. Para ello, se utilizan dos estrategias diferentes. La primera consiste en el aislamiento de la lignina, para obtener ligninas técnicas, y su posterior despolimerización en medio básico, mediante hidrogenólisis o combinando ambas metodologías. La segunda estrategia consiste en el fraccionamiento catalítico, FC, directo de la biomasa, utilizando catalizadores de tipo sílice, o fraccionamiento catalítico reductivo, FCR, empleando catalizadores comerciales como Ru/C o sintetizados y caracterizados ad-hoc como el carburo de molibdeno soportado en carbón activo, de acuerdo con la estrategia ‘Lignin First’. Los resultados obtenidos en el FC y FCR del serrín en procesos en lote fueron muy superiores a los obtenidos mediante despolimerización de ligninas técnicas, con rendimientos muy próximos al máximo teórico. Se ensayó el FC y FCR en procesos en flujo continuo, y se estudió el efecto de las condiciones de operación en el rendimiento del fraccionamiento, en la integridad de la pulpa deslignificada y en el catalizador, obteniendo los mejores resultados con el catalizador β-Mo2C en lote, a 200 ºC durante 480 min con H2 con un rendimiento de 34% p/p a monómeros. En una segunda aproximación, se ha estudiado la valorización de la corteza de Populus salicaceae (Populus sp.). Para ello se han llevado a cabo diferentes extracciones mediante Soxhlet, utilizando disolventes con distintas polaridades. Los extractos fueron fraccionados mediante cromatografía en columna para disminuir su complejidad y facilitar la identificación de compuestos activos. Una vez obtenidos tanto los extractos como sus fracciones estos fueron estudiados mediante diferentes protocolos para la evaluación de su actividad antioxidante (método del radical libre DPPH), determinación del contenido fenólico total (CFT) con el método de Folin-Ciocalteu y el estudio de la actividad virucida y antiviral de dos diferentes virus, el virus de Chikungunya y el Herpes Simple Tipo 1. Se encontró una actividad virucida prometedora para una familia de extractos. Aunque no pudo identificarse el compuesto responsable de dicha actividad los resultados que se recogen en esta Memoria son altamente prometedores.

Lignocellulosic biomass is largest renewable feedstock of organic compounds. In this PhD Thesis, the valorization of lignocellulosic biomass from industrial residues is addressed. First, the valorization of the lignocellulosic biomass from Populus salicaceae (Populus sp.) sawdust, commonly known as 'poplar' is studied. Two different strategies are used. The first strategy consists on the isolation of the lignin from the biomass, obtaining technical lignins, which are further submitted to basic depolymerization, hydrogenolysis or a combination of both. The second strategy consists on the biomass catalytic fractionation, CF, using silica catalysts, or reductive catalytic fractionation, RCF, with either commercial catalyst as Ru/C or ad-hoc prepared catalysts as molybdenum carbide supported in activated carbon, according to ‘Lignin First’ strategies. CF and RCF results clearly outperformed those from lignin depolymerization, being very close to the theoretical maximum. Continuous flow FC and RCF was tested. The effect of the operation conditions on the fractionation yield, the integrity of the delignified pulp and the catalyst were thoroughly studied, obtaining the best results with the β-Mo2C catalyst in batch, at 200 ºC for 480 min with H2 with a yield of 34% w/w to monomers. In a second approach, the valorization of poplar bark was studied. For this purpose, different extractions have been carried out using Soxhlet, using solvents with different polarities. The as obtained extracts were further fractionated by chromatography with the aim of reducing their chemical complexity and enabling the identification of active compounds. Once the extracts and their fractions were obtained, they were studied using different protocols to evaluate their antioxidant activity (DPPH free radical method), to determine the total phenolic content (TPC) using the Folin-Ciocalteu method and to study the virucidal and antiviral activity of two different viruses, the Chikungunya virus and Herpes Simplex Type 1. Virucidal activity was found in a family of extracts. Although the active compound could not be unequivocally identified, the results that are gathered in this memory are highly promising.