Sobre la estructura de la lignina en plantas anuales y su aplicación en la biotecnología moderna.
Recientemente, se ha publicado un número creciente de artículos científicos que exploran diversos aspectos de la actividad biológica de los ácidos húmicos aislados del suelo, la turba y diversos caustobiolitos. Hoy en día, estos estudios constituyen la base fundamental para la producción de fertilizantes organominerales modernos y altamente eficaces, como los producidos por Agro.Bio.
Generalmente se acepta que la lignina, o sus unidades estructurales individuales, es uno de los componentes más importantes de la molécula de ácido húmico. Se ha demostrado que los monómeros de lignina participan activamente en el metabolismo celular de las plantas, y algunos autores creen que sus componentes desempeñan funciones reguladoras cruciales. Por lo tanto, el estudio de la estructura de la lignina reviste gran interés práctico y científico. Si bien la estructura de la lignina en plantas perennes (especialmente coníferas) ha sido ampliamente estudiada, existen muy pocos datos sobre la lignina de árboles de hoja caduca y cultivos agrícolas anuales.
La falta de conocimiento sobre la lignina de las plantas anuales implica que este polímero complejo y útil no siempre se aprovecha al máximo. El objetivo de este estudio es investigar la estructura de la lignina de materiales vegetales no alimentarios, específicamente residuos agrícolas: cáscaras de trigo sarraceno y de mijo.
Extracción y fraccionamiento de lignina
Se aislaron ligninas de películas de mijo y cáscaras de trigo sarraceno utilizando dioxano y una mezcla de alcohol y benceno. Se empleó una mezcla de gas de cloruro de hidrógeno (HCl) al 1% como catalizador. Según su solubilidad en agua, las ligninas de dioxano y las ligninas de alcohol-benceno se separaron en los siguientes fragmentos:
- Fragmento B: Parte de la lignina de bajo peso molecular, soluble en agua.
- Fragmento B: Una parte de mayor peso molecular de la macromolécula de lignina, soluble en alcohol-benceno, pero insoluble en agua.
- Fragmento A: La parte más compactada de la macromolécula de lignina, que no se extrae de la composición de celolignina mediante la mezcla de alcohol y benceno.
El fragmento B de la lignina de las películas de mijo y las cáscaras de trigo sarraceno se separó en componentes individuales mediante cromatografía. Entre los productos de degradación de la lignina se encontraron valiosos compuestos orgánicos: vainillina, siringaldehído y para-hidroxibenzaldehído.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL FRAGMENTO B
Se analizó la porción de peso molecular promedio de la macromolécula de lignina (fragmento B) para determinar su composición elemental y el contenido de grupos funcionales. Los datos resultantes se presentan en la tabla a continuación.
Tabla 1. Contenido de grupos funcionales y composición elemental del fragmento B de la lignina alcohol-benceno.
| materias primas | Rendimiento de fragmentos, % | CON, % | H, % | -OHN₃, % | OH total, % | OH fenol, % | C=O, % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fragmento B de lignina de películas de mijo | 11:40 | 62,96 | 7.25 | 16,99 | 14.69 | 8.11 | 2,86 |
| Fragmento B de la lignina de la cáscara de trigo sarraceno | 7.00 | 63,57 | 6,94 | 16.81 | 11,12 | 8.47 | 2.15 |
(Nota: Los valores se expresan como porcentaje de la materia seca del fragmento).
Con base en estos datos, se calcularon fórmulas semiempíricas para los fragmentos B de las ligninas de alcohol-benceno por unidad estructural de fenilpropano C 6 -C 3 . La fórmula semiempírica tiene la siguiente forma:
- Para películas de mijo:
C 9 H 9,31 O 0,81 (OCH 3 ) 1,08 (OH) 1,81 (C=O) 0,20 - Para las cáscaras de trigo sarraceno:
C 9 H 10 O 1,08 (OCH 3 ) 1,06 (OH) 1,33 (C=O) 0,14
Como podemos observar, las fórmulas difieren en su contenido de oxígeno, hidroxilo y grupos carbonilo. Por cada unidad de fenilpropano en los fragmentos B de las ligninas estudiadas, hay, en promedio, un grupo metoxilo. El fragmento de lignina de la cáscara de mijo tiene casi dos grupos hidroxilo por unidad, mientras que la lignina de la cáscara de trigo sarraceno tiene aproximadamente uno y medio. Los grupos carbonilo se distribuyen de forma más dispersa: uno por cada cinco unidades en las cáscaras de mijo y uno por cada siete en las cáscaras de trigo sarraceno.
ANÁLISIS ESPECTROSCÓPICO (SPECTROS UV E IR)
Se estudiaron los espectros ultravioleta e infrarrojo de las moléculas de lignina de alcohol-benceno. Históricamente se ha demostrado que las bandas de absorción en λmax 2800–2850 Å para maderas de coníferas y λmax 2740–2760 Å para maderas duras son de naturaleza aromática (residuos esterificados de pirocatecol y pirogalol).
En nuestros experimentos, los espectros de las ligninas de dioxano y de alcohol-benceno se registraron con un espectrofotómetro SF-4. Todas las preparaciones de lignina estudiadas, procedentes de plantas anuales, se caracterizaron por bandas claramente definidas en el rango de 283–287 nm y bandas K menos definidas en el rango de 309–314 nm. El espectro ultravioleta del fragmento B de la lignina de dioxano de las cáscaras de trigo sarraceno presenta un máximo adicional a 275 nm.
Los éteres dimetílicos de pirogalol (que incluyen el grupo siringaldehído) desplazan la absorción hacia longitudes de onda más cortas, correspondientes a la banda de 275 nm. La absorción en la región de 284–286 nm se debe a la presencia del grupo guayacilo, y en la región de 310–315 nm, a la presencia del sistema carbonilo.
CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS PARA LA IMPLEMENTACIÓN
Los datos de investigación confirman la presencia de grupos guayacilo y siringol, así como un carbonilo conjugado con un anillo aromático, en las ligninas de residuos agrícolas. Mientras que las ligninas de madera de árboles de hoja caduca consisten en derivados de alcoholes coniferílico y sinápico (1:1), las ligninas de plantas anuales contienen además derivados de alcohol p-oxicumárico.
Por consiguiente, las películas de mijo, las cáscaras de trigo sarraceno y otros residuos de cultivos procedentes de explotaciones agrícolas no son solo desechos, sino una valiosa reserva para la producción de ácidos húmicos y sustancias fisiológicamente activas.
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