146 views 5 mins 0 comments

Un avance en biotecnología: Desarrollan un dispositivo que convierte biomasa en azúcares útiles mediante microondas

In Sin categoría
enero 11, 2025

Investigadores de la Universidad de Kyushu han desarrollado un innovador dispositivo que combina un catalizador y una reacción de flujo por microondas para convertir de manera eficiente los polisacáridos complejos en monosacáridos simples. Este avance se ha publicado en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

La conversión de biomasa en recursos útiles ha sido un tema de investigación científica durante décadas. Los polisacáridos de biomasa, que son azúcares complejos de cadena larga presentes en la naturaleza, se consideran sustancias prometedoras para su conversión eficiente, ya que pueden transformarse en azúcares simples que, a su vez, pueden ser utilizados en la alimentación, la industria farmacéutica y la síntesis química.

Proceso de Hidrolisis y Catalizadores Sólidos

La hidrolisis es una de las reacciones químicas más eficaces para convertir azúcares de cadena larga en azúcares simples, normalmente empleando ácidos como catalizadores. Aunque muchos catalizadores ácidos se presentan en forma gaseosa o líquida, los catalizadores ácidos sólidos han ganado atención debido a su mayor reciclabilidad.

No obstante, los catalizadores ácidos sólidos requieren temperaturas elevadas para reaccionar de manera eficiente. Con el fin de superar esta limitación, el profesor asociado Shuntaro Tsubaki y su equipo investigaron la aplicación de reacciones de flujo por microondas para calentar los catalizadores sólidos durante el proceso de reacción.

“Las microondas generan un campo de reacción de alta temperatura localizado sobre el catalizador sólido, lo que puede aumentar la actividad catalítica manteniendo el sistema de reacción a una temperatura general más baja”, explica Tsubaki. “Además, podemos hacer que el sustrato fluya continuamente a través del reactor donde se aplican las microondas al catalizador, lo que resulta en mayores rendimientos del producto deseado”.

El dispositivo desarrollado por los investigadores utiliza un catalizador ácido sólido compuesto de carbono sulfonado. Durante las pruebas, se utilizó celobiosa, un disacárido, como sustrato modelo. En este sistema, una solución de celobiosa se hace pasar a través del catalizador de carbono sulfonado, que se calienta entre 100 y 140℃ mediante microondas. El catalizador descompone la celobiosa mediante hidrolisis, produciendo así el monosacárido glucosa.

Una de las claves de la eficiencia del sistema es su capacidad para separar los campos eléctricos y magnéticos de las microondas. “Las microondas producen campos eléctricos y magnéticos. El campo eléctrico calienta materiales dipolares como el agua, lo que es similar a lo que ocurre al calentar los alimentos. Por otro lado, el campo magnético induce el calentamiento de materiales conductores como metales y carbono”, señala Tsubaki.

“En nuestro dispositivo, conseguimos aumentar la actividad catalítica separando los dos campos, utilizando el campo eléctrico para calentar la solución líquida de celobiosa y al mismo tiempo empleando el campo magnético para calentar el catalizador”.

Las reacciones catalíticas aceleradas por microondas se han aplicado a una variedad de reacciones químicas, incluyendo la síntesis orgánica, el reciclaje de plásticos y la conversión de biomasa. El equipo de Tsubaki espera que, a medida que las fuentes de energía renovables continúen en auge, la producción química impulsada por electricidad como la suya contribuya a avanzar hacia un futuro más sostenible.

“Esperamos que nuestro sistema ayude en el desarrollo de síntesis químicas más sostenibles. También nos gustaría explorar la utilidad de nuestra metodología en la hidrolisis de otros polisacáridos, así como en proteínas para la producción de aminoácidos y péptidos”, concluye Tsubaki.

Más información:
Shuntaro Tsubaki et al, Efficient Cellobiose Hydrolysis over a Sulfonated Carbon Catalyst in a Spatially Separated Microwave Electric- and Magnetic-Field Flow Reactor, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c07690

/ Published posts: 4173

Diario obrero y republicano fundado el 14 de Abril de 2006.