Valorización del rastrojo de maíz mediante agua subcrítica: estudio del efecto del empleo de modificadores verdes en la hidrólisis de la matriz lignocelulósica

Abstract

En este trabajo se ha estudiado la valorización del rastrojo de maíz empleando agua subcrítica (SW – subcritical water) como medio de reacción, evaluando el efecto de la adición de modificadores verdes. Los experimentos se realizaron en un reactor discontinuo a 175 ºC y 50 bar durante 1 h, empleándose como modificadores etanol (al 20 y 40%, v/v) y un disolvente eutéctico natural profundo (NADES, por sus siglas en inglés) hidrófobo formado por mentol y ácido láurico (relación molar 2:1), al 5% (v/v). Los resultados se compararon con los obtenidos tras el tratamiento con SW, analizando las muestras líquidas y sólidas obtenidas. En la fracción líquida se observó mayor solubilización de hemicelulosa que de celulosa, con una concentración oligomérica de xilosa cinco veces superior a la de glucosa. La adición de etanol favoreció la hidrólisis y promovió la degradación específica de la lignina, evidenciada por el incremento de compuestos fenólicos, destacando el ácido ferúlico y el ácido p-cumárico, que alcanzaron máximos de 129.3 mg/mL y 18.9 mg/mL, respectivamente. La liberación de estos ácidos confirmó el inicio de la deslignificación. El análisis del residuo sólido mostró diferencias según el modificador empleado. Con el etanol al 40 % (v/v) se registró una reducción significativa de lignina (33.3 % insoluble y 4.3 % soluble) y con el empleo de SW o etanol al 40 % se produjo un enriquecimiento de celulosa del 15 %. En cambio, el uso de NADES presentó menor eficacia en la extracción de compuestos de interés (como derivados de la lignina) y dificultades en las etapas de separación y recuperación debido a su carácter hidrofóbico. Los resultados desvelan el potencial del agua subcrítica (junto con la adición de modificadores como el etanol) como medida para favorecer la hidrólisis del rastrojo de maíz, convirtiéndose en una estrategia sostenible para solucionar el problema de la recalcitrancia de la biomasa lignocelulósica, que limita la recuperación de compuestos de interés

In this study, the valorization of corn stover was investigated using subcritical water (SW) as the reaction medium, evaluating the effect of adding green modifiers. The experiments were carried out in a batch reactor at 175 ºC and 50 bar for 1 h, using ethanol (at 20 and 40%, v/v) and a hydrophobic natural deep eutectic solvent (NADES) composed of menthol and lauric acid (2:1 molar ratio) at 5% (v/v) as modifiers. The results were compared with those obtained after treatment with SW, analyzing the liquid and solid samples generated. In the liquid fraction, greater solubilization of hemicellulose than cellulose was observed, with an oligomeric xylose concentration five times higher than that of glucose. The addition of ethanol enhanced hydrolysis and promoted selective lignin degradation, as evidenced by the increase in polyphenolic compounds, particularly ferulic acid and p-coumaric acid, which reached maximum values of 129.3 mg/mL and 18.9 mg/mL, respectively. The release of these acids confirmed the onset of delignification. Analysis of the solid residue revealed differences depending on the modifier used. With 40% (v/v) ethanol, a significant reduction in lignin content (33.3% insoluble and 4.3% soluble lignin) was observed, and with the use of SW or 40 % ethanol led to a 15% enrichment in cellulose. In contrast, the use of NADES showed lower efficiency in extracting compounds of interest (such as derivates of lignin) and presented difficulties during the separation and recovery stages due to its hydrophobic nature. These results highlight the potential of subcritical water as a strategy to enhance corn stover hydrolysis, representing a sustainable approach to overcome the recalcitrance of lignocellulosic biomass, which limits the recovery of valuable compounds