A medida que el mundo busca y exige fuentes de energía y materiales más sostenibles, la biomasa vegetal puede brindar la solución al servir como recurso renovable para la producción de biomateriales y biocombustibles.
por la Universidad Estatal de Luisiana
Sin embargo, hasta ahora, las complejas interacciones físicas y químicas en la biomasa vegetal han sido un desafío en el procesamiento posterior a la cosecha.
En un nuevo estudio publicado hoy en Nature Communications , el profesor asociado del Departamento de Química de LSU Tuo Wang y su equipo de investigación revelan cómo los carbohidratos interactúan con el polímero aromático lignina para formar biomasa vegetal . Esta nueva información puede ayudar a avanzar en el desarrollo de una mejor tecnología para utilizar la biomasa como energía y materiales.
El equipo de investigación de Wang examinó el ensamblaje a nanoescala de componentes lignocelulósicos en múltiples especies de plantas , incluidos pastos y especies de madera dura y blanda. Los pastos contienen muchos cultivos alimentarios , como el maíz, y son la principal materia prima para la producción de biocombustibles en los EE . UU. Las plantas leñosas , que a menudo se utilizan para fabricar materiales de construcción, se han convertido en candidatas prometedoras para la próxima generación de biocombustibles para reducir la dependencia de los cultivos alimentarios.
El equipo utilizó su experiencia en espectroscopia de resonancia magnética nuclear de estado sólido para comparar la organización a nanoescala de las interfaces de lignina-carbohidrato en las tres especies de plantas y revelar cómo las estructuras de los biopolímeros afectan su asociación con otros componentes de la pared celular.
«Descubrimos que el xilano de hemicelulosa usa su estructura plana para unir microfibrillas de celulosa y se basa principalmente en su estructura no plana para asociarse con nanodominios de lignina», dijo Wang. «Sin embargo, en los materiales leñosos muy compactos, la celulosa también se ve obligada a actuar como un interactor secundario con la lignina».
La información de alta resolución recientemente descubierta sobre la organización de las interfaces de lignina-carbohidrato ha revisado la investigación de biomateriales vegetales. A través del método espectroscópico, las muestras en estudio se mantuvieron en su estado nativo, sin perturbaciones químicas. Los resultados revelaron diferencias estructurales subyacentes a la construcción de la pared celular entre las diferentes plantas.
La investigación fue realizada por un equipo compuesto por los estudiantes graduados de LSU Alex Kirui y Wancheng Zhao, así como por los investigadores postdoctorales Fabien Deligey y Xue Kang del grupo de investigación Wang; Frederic Mentink-Vigier, experto en la técnica de Polarización Nuclear Dinámica del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético (Tallahassee, Fla.) que colaboró en el proyecto; y Hui Yang de la Universidad Estatal de Pensilvania, que ofreció una amplia experiencia en modelado.
Esta metodología permite oportunidades futuras para observar biomoléculas complejas en diferentes plantas y mutantes diseñados, lo que ayudará al desarrollo de una mejor tecnología para la producción de energía biorenovable y biomateriales.
