Evaluación del uso de disolventes eutécticos profundos naturales (NADES) en el pretratamiento de pieles de cebolla

Abstract

En el presente Trabajo Fin de Máster (TFM) se llevó a cabo una investigación tipo “screening” centrado en el pretratamiento de piel de cebolla utilizando disolventes eutécticos profundos naturales (NADES) con el objetivo principal de enriquecer la fracción celulósica de este subproducto de la industria agroalimentaria. Estos disolventes verdes ofrecen ventajas importantes frente a otros procedimientos convencionales basados en disolventes orgánicos; como en su biodegradabilidad, baja toxicidad y alta compatibilidad. Para la formulación de los NADES, se emplearon combinaciones basadas en cloruro de colina y betaína como aceptores de enlaces de hidrogeno (HBA) junto con ácidos orgánicos (láctico, málico y tartárico) como donadores de enlaces de hidrógeno (HBD). La investigación se centró en estudiar las variables clave del proceso, como la relación NADES:cebolla (se varió en el rango 20:1 a 8:1, g:g), el tiempo de reacción (de 1 a 6 horas), cinéticas y la temperatura (80 ºC a 140 ºC), sobre la eficacia de enriquecimiento de la fracción celulósica y reducción de lignina total. Los resultados indicaron que, las mezclas de betaína y ácido tartárico incrementó la fracción de celulosa de un 34,3% partiendo como materia prima inicial, logrando un máximo de 64,4%, lo cual lo indica la viabilidad de los NADES como agentes de hidrólisis selectiva. El análisis estadístico confirmó las diferencias significativas (p ≤ 0,05) según las formulaciones y condiciones predeterminadas, destacando temperaturas de 120 ºC como óptimas para las relaciones NADES:cebolla de 10:1 (g:g) y para tiempos de operación largos, de 6 horas. Este trabajo pone de manifiesto el potencial de los NADES como agentes de pretratamiento selectivo para biomasa, y contribuye a la valorización de subproductos agroindustriales dentro del marco de la biorrefinería y la economía circular. Asimismo, se sientan las bases para futuras investigaciones orientadas al aprovechamiento de la fracción celulósica en aplicaciones de alto valor añadido, como la obtención de materiales nanocelulósicos

In this Master's Thesis (TFM), a screening-type investigation was carried out focusing on the pretreatment of onion skin using natural deep eutectic solvents (NADES) with the main objective of enriching the cellulose fraction of this by-product of the agri-food industry. These green solvents offer significant advantages over other conventional procedures based on organic solvents, such as biodegradability, low toxicity, and high compatibility. For the formulation of NADES, combinations based on choline chloride and betaine were used as hydrogen bond acceptors (HBA) together with organic acids (lactic, malic, and tartaric) as hydrogen bond donors (HBD). The research focused on studying the key variables of the process, such as the NADES:onion ratio (varied in the range 20:1 to 8:1, g:g), reaction time (from 1 to 6 hours), kinetics, and temperature (80 °C to 140 °C) on the effectiveness of cellulose fraction enrichment and total lignin reduction. The results indicated that the mixtures of betaine and tartaric acid increased the cellulose fraction from 34.3% of the initial raw material to a maximum of 64.4%, indicating the viability of NADES as selective hydrolysis agents. Statistical analysis confirmed significant differences (p ≤ 0.05) according to the formulations and predetermined conditions, highlighting temperatures of 120 °C as optimal for NADES:onion ratios of 10:1 (g:g) and for long operating times of 6 hours. This work highlights the potential of NADES as selective pretreatment agents for biomass and contributes to the valorization of agro-industrial by-products within the framework of biorefinery and the circular economy. It also lays the foundation for future research aimed at exploiting the cellulosic fraction in high value-added applications, such as the production of nanocellulosic materials