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Revisiones de energías renovables y sostenibles 130 (2020) 109977

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Revisiones de energías renovables y sostenibles

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Aspectos de la economía circular de la lignina: hacia una biorrefinería de lignocelulosa

Vijay Kumar Garlapati a,1, Anuj K. Chandel B,1, SP Jeevan Kumar C, Swati Sharma a,
Surajbhan Sevda D, Avinash P. Ingle B, Pantalón Deepak mi,*
a Departamento de Biotecnología y Bioinformática, Universidad de Tecnología de la Información de Jaypee (JUIT), Waknaghat, HP-173234, India
B Departamento de Biotecnología, Escuela de Ingeniería de Lorena (EEL), Universidad de Sa ~o Paulo, Lorena- 12.602.810, Brasil
C ICAR-Instituto Indio de Ciencia de Semillas, Mau, Uttar Pradesh, 275103, India
D Departamento de Biotecnología, Instituto Nacional de Tecnología Warangal, Warangal, Telangana-506004, India
mi Tecnología de separación y conversión, Instituto Flamenco de Investigación Tecnológica (VITO), Boeretang 200, Mol, 2400, Bélgica

INFORMACIÓN DEL ARTÍCULO ABSTRACTO

Palabras clave: La lignina es el segundo polímero más abundante, que comprende del 15 al 30% (peso seco) de la biomasa lignocelulósica
Bioconversión total. Estudios recientes se centraron en la utilización eficaz del biopolímero de lignina en una miríada de productos como
Biorrefinería
micro y nanocápsulas de lignina, biosensores, plataformas químicas, compuestos farmacéuticos, biopolímeros, electrodos en
Lignina
electroquímica, adsorbentes reutilizables, resinas y producción de biodiesel a través de microbios oleaginosos. El desarrollo de
Análisis tecnoeconómico
técnicas ecológicas y rentables es una necesidad del momento, que se puede abordar a través del enfoque de la economía
Economía circular
Productos de valor agregado
circular. En esta revisión, se hace hincapié en la integración de la producción de bioetanol y biodiésel y la valorización de la
lignina en varios productos útiles. Además, las perspectivas de la biorrefinería de lignina junto con las políticas económicas
que se implementarán junto con las implicaciones prácticas, han sido discutidos. La adopción de estas nuevas tecnologías y
políticas pragmáticas permite no solo el desarrollo de tecnologías económicas, sino que también impulsa el crecimiento
económico de la biorrefinería lignocelulósica.

contenido energético de la LCB [5]. Además, se estima que la producción mundial anual de
lignina de las industrias de la pulpa y el papel es de aproximadamente 50 millones de toneladas,
1. Introducción de las cuales solo el 2% se utiliza para productos derivados de la lignina. Por el contrario, el 98%
restante se utiliza para la quema para la producción de energía o para su eliminación en
La lignina es el segundo polímero más disponible de forma natural y el componente vertederos, lo que supone una grave amenaza para el medio ambiente [6,7].
estructural fundamental de las células vegetales. Permanece integrado con polímeros de
celulosa y hemicelulosa, que imparten una alta resistencia mecánica a los tallos de las El Departamento de Energía de EE. UU. (DoE) pronostica ~ 225 millones de toneladas
plantas. En lignocelulósicos, la proporción de polímero de lignina comprende del 10 al de lignina como coproducto en la producción total de etanol celulósico de 60 mil millones
25%, que tiene una densidad de energía más alta (9105 Btu / lb) que las otras de galones [8]. Además, la conversión de LCB hacia la producción de bioetanol debe
contrapartes lignocelulósicas (celulosa, 40-50% con 7320 Btu / lb y hemicelulosa, 20-30 % integrarse con el concepto de biorrefinería inevitablemente para el desarrollo de
con 7165 Btu / lb, respectivamente) [1,2]. El tamaño del mercado de lignina y productos a tecnologías comercialmente viables [9,10]. Para abordar estos problemas, la adopción del
base de lignina está aumentando, con una tasa de crecimiento anual promedio del 2,28% concepto de biorrefinería (enfoque de economía circular), particularmente el refuerzo de
de $ 599 millones en 2014 a $ 704 millones en 2022 [3]. Los avances de la investigación la biorrefinería de lignina, es un punto estratégico no solo para hacer que el costo del
de biorrefino hacia la economía circular desencadenan a la lignina como una entidad proceso sea económico, sino también un impulso importante hacia menores emisiones
química probable con un valor industrial prometedor. Se encontró que la producción de gases de efecto invernadero. La presencia de grupos aromáticos e hidroxilo, la
anual mundial de lignina es de alrededor de 150 mil millones de toneladas, de las cuales estructura lipohidrofílica, la capacidad de refuerzo y la biodegradabilidad hacen que la
415 millones de toneladas provienen únicamente de los cinco cultivos principales [4]. El lignina sea una fuente robusta para la producción de diversos productos químicos
contenido de energía de carbono dominante de la biomasa lignocelulósica (LCB) industriales de base biológica, polímeros y fibras de carbono [11,12].
almacenada en lignina y polisacáridos. La energía de carbono sin explotar / inexplorada
de la lignina todavía necesita ser explorada para la plena utilización de los existentes. La conversión eficiente de residuos de lignina de LCB en varios valores

* Autor correspondiente.
Correos electrónicos: deepak.pant@vito.be, pantonline@gmail.com (D. Pant).
1 Igual contribución como primer autor.

https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109977
Recibido el 4 de enero de 2020; Recibido en forma revisada el 27 de mayo de 2020; Aceptado el 6 de junio de 2020
Disponible online el 30 de junio de 2020
1364-0321 / © 2020 Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.
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Nomenclatura LMW Bajo peso molecular

MW Peso molecular
>C Carbonilo - OH Hidroxilo
AFEX Expansión de fibra de amoniaco Unidad PAA Ácido fenilacético
BTU / libra térmica británica por libra Tasa de PHA Alcanoato de polihidroxi
CAGR crecimiento anual del compuesto Ácido PHB Butirato de polihidroxi
ccMA cis, cis-mucónico PWO Oxidación húmeda parcial
- O-CH3 Metoxi R – COOH Carboxilo
DCW Peso de la celda seca SCEP Superóxido dismutasa de proceso de
DMSO Dimetilsulfóxido CÉSPED extracción súper crítico
Gama Departamento de Energía ETIQUETA Triacilglicéridos
EOL Etanol Organosolv Lignina Emulsión TEOS Ortosilicato de tetraetilo
ESE Evaporación de disolventes Biomasa THF tetrahidrofurano
LCB de lignocelulosa VNG Gas natural vehicular
LHW Agua Caliente Fluida β- KA β-cetoadipato

productos agregados a escala comercial es una opción viable para un mercado despolimerización (extracción) y mejora de productos [24-26].
competitivo en comparación con la refinería de petróleo convencional [13,14]. Por
ejemplo, la demanda del mercado de productos derivados de la lignina está creciendo 2.2. Técnicas de aislamiento y despolimerización de lignina
constantemente, con una tasa compuesta anual de 3.42% en el período de pronóstico
2018-2023 [15]. Sin embargo, la valorización de la lignina se ve obstaculizada La eficiencia de la valorización de la lignina depende de la técnica de
principalmente debido a su complejidad y naturaleza recalcitrante. Además, las aislamiento empleada que determina el grado de pureza y estructura menos
fracciones de lignina degradadas son muy reactivas y susceptibles a reacciones de condensada. Las reacciones catalizadas por la lignina mediante la participación de
condensación [dieciséis,17]. sus alcoholes aromáticos se clasifican en reacciones de sustitución nucleofílica y
La utilización eficaz del polímero de lignina y su conversión hacia diferentes electrofílica [42]. Los mejores ejemplos de reacciones de sustitución electrofílica
productos requieren tecnologías rentables, la integración de los procesos de (catiónica) y nucleofílica (anión) son la eliminación de lignina y la retención de
biocombustible y biorrefinería a través de la valorización y la adopción de medidas lignina durante el blanqueo. El enfoque para hacer que la lignina sea más reactiva
de política para mejorar el crecimiento económico. Hasta ahora, varias revisiones es mediante la despolimerización, ya sea en sistemas a base de agua o a base de
se han centrado en la valorización de la lignina hacia productos químicos, solventes, dependiendo de la naturaleza de la lignina. Las principales técnicas
biocombustibles, biosensores y otros productos individuales, pero la literatura fueron hidrólisis ácida / alcalina / enzimática, fraccionamiento reductor /
sobre la utilización de la lignina utilizando un enfoque de economía circular es oxidativo / organosoluble, ozonólisis, agua caliente fluida y oxidación húmeda
bastante limitada. Por lo tanto, en este artículo, se intentó describir varias parcial que tienen sus ventajas y desventajas como se describe ampliamente en
estrategias: pirólisis, catálisis ácido-base, conversión oxidativa y reductora, que diferentes revisiones recientes [43–45].
juegan un papel crucial en el producto final valorizado [18]. A medida que el valor
de mercado de los productos a base de lignina ha ido en aumento, se ha 2.2.1. Despolimerización a base de agua
dilucidado la información actualizada sobre las tecnologías que utilizan la lignina La hidrólisis ácida de la lignina se realiza mediante HCl y H2ASI QUE4 que
para diferentes propósitos y productos con el aspecto de la economía circular, escinden los anillos aromáticos en la lignina a una temperatura moderada con una
centrándose en el desarrollo de un proceso viable y rentable. conversión eficiente de hemicelulosa y celulosa y un rendimiento mejorado de
Estrategias sobre la integración de la producción de bioetanol y biodiésel, lignina [46]. Sin embargo, junto con la hemicelulosa y la celulosa, la lignina
valorización de la lignina en diversos productos útiles como productos químicos también se ve afectada, lo que dificulta la calidad de la valorización efectiva.
industriales, productos farmacéuticos, materiales híbridos, biosensores para la Además, a través de este método, se separan pequeñas cantidades de lignina en
estimación de glucosa, aplicación de electrodos en electroquímica, nanocápsulas, forma de fragmentos solubles, lo que es altamente reactivo y conduce a
adsorbentes reutilizables, microesferas y cuestiones de política pertinentes a las reacciones de condensación indeseables.
biorrefinerías a base de lignina. han sido ilustrados. El uso de estas nuevas técnicas y La hidrólisis alcalina es análoga al proceso de fabricación de pulpa, donde la
medidas políticas podría fortalecer aún más las industrias de biorrefinerías de lignina y, lignina se despolimeriza / solubiliza mediante hidróxido de sodio o Ca (OH).2/
en última instancia, impulsar el crecimiento económico [19]. amoníaco. En esta técnica, la lignina se separa de una estructura de baja
condensación, pero la eficacia de deslignificación es significativamente baja. Para
2. Lignina y sus características promover el proceso verde de despolimerización, el tratamiento biológico
comprende celulasas y enzimas hemicelulasas derivadas de hongos, bacterias y
2.1. Características estructurales de la lignina.
actinomicetos que degradan / solubilizan eficientemente la lignina soluble en agua
y aseguran la liberación de azúcares para la fermentación de etanol / butanol. La
Lignina es un término amplio que constituye un grupo de polímeros biodepolimerización parece ser un enfoque prometedor debido a su naturaleza
aromáticos derivados del acoplamiento oxidativo de 4-hidroxifenilpropanoides [20 ambientalmente asequible y su eficiencia para hidrolizar la lignina [47].
]. La lignina está formada por monolignol como sinapil, coniferil ypag-alcoholes
cumarílicos con enlaces de grupos alquil-arilo, alquil-alquilo y aril-arilo que Las enzimas como la lacasa y las peroxidasas de lignina / manganeso
determinan las propiedades fisicoquímicas y biológicas del polímero de lignina [21 oxidan los enlaces C – C a C-OH en la lignina para apoyar su deterioro [48].
] (tabla 1). Estos alcoholes se sintetizan utilizando el aminoácido fenilalanina Otro enfoque para la oxidación es a través del ozono, que tenía la
derivado de la vía fenilpropanoide. A diferencia del homopolímero de celulosa [β- propensión a degradar el polímero de lignina en condiciones normales. La
(1->4) - vínculos en D-unidades de glucopiranosa], el heteropolímero de lignina ozonólisis mejora la penetrabilidad de la reacción enzimática del sustrato
tiene un –OH, CH3–O, R – COOH y que influye en la solubilidad de la lignina. La capacidad de este proceso tuvo
> Grupos funcionales C – O que determinan la reactividad de la lignina (Figura 1) [ un efecto atractivo con toxicidad insignificante, bajo costo y disponibilidad [
22,23]. Dado que el polímero de lignina es complejo y recalcitrante, su conversión 49]. Las diferentes técnicas de valorización de la lignina, junto con el análisis
en productos deseados se enfrenta al fraccionamiento de biomasa, crítico, se han resumido enTabla 2.

2
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tabla 1 Estudios recientes demostraron que la extracción con agua caliente fluida y la
Propiedades de la lignina obtenida junto con la producción de diferentes azúcares oxidación húmeda parcial están ganando un gran interés por su recuperación eficiente
lignocelulósicos. de lignina en forma de baja condensación. En la técnica de extracción de agua caliente
Fuente de Propiedades especificas Uso probable (basado en Referencias líquida (LHW), el agua caliente en condiciones específicas regula el cambio de estructura
lignina la naturaleza y de la lignina mediante su solubilización y polimerización [58]. Este pretratamiento tenía
propiedades)
potencial en la producción de pulpa, bioetanol y otros productos.
Agujas de pino, Alto rendimiento de carbonización Reemplazo parcial de [27] formación [59]. La oxidación parcial húmeda (PWO) se llevó a cabo para
trigo y aumento térmico. resinas fenólicas, despolimerizar la lignina de la biomasa utilizando oxígeno a alta presión y
paja, alfa- estabilidad desarrollo de calor
temperatura. En este proceso, el aril-éter y otros enlaces son susceptibles de
alfa, lino plásticos biodegradables
fibra resistentes
romper el polímero de lignina [60]. Además, la lignina degradada sufre
Paja de arroz Alta estabilidad térmica, Polímeros de lignina mezclados [28] reacciones secundarias, que dan lugar a la producción de ácidos carboxílicos,
reduce el medio ambiente. con sílice de paja de arroz oxálicos, acéticos y otros productos químicos [61,62].
contaminación y mejorar puede ser útil para
eficiencia económica construir carreteras,
2.2.2. Despolimerización a base de solventes
pavimentos
Fibras de yute Alto contenido de lignina En desarrollo de [29] El fraccionamiento de lignina Organosolv es una de las técnicas prometedoras,
con degradable lubricantes personales, [30] donde se utiliza un disolvente orgánico para solubilizar la lignina y la
fenólico, hidroxilo y anticonceptivos, salud hemicelulosa. En la mayoría de los estudios para la despolimerización de la lignina
contenido de metoxi
se utilizan metanol, etanol, etilenglicol y acetona. Eficiencia de la técnica no solo
productos para el cuidado,

almohadillas de adsorción
depende del tipo de disolvente pero también de las condiciones del proceso como la
Caña de azúcar Molecular uniforme Aceite de lignina de bagazo [31]
bagazo peso con para repelente de mosquitos, temperatura [63]. La estrategia de pretratamiento de Organosolv se puede utilizar para
sulfonato hidrolizado biosurfactantes, colorantes contemplar la motivación detrás de varias mezclas solubles, por ejemplo, materia prima
grupo éster naturales
sobrante del servicio único agrario y de guardabosques [64].
Hojas y La lignina permaneció en Formación de hormigón, [32]
Las formas Organosolv utilizan un disolvente orgánico solo o mezclas de disolventes
bagazo forma pura tanto lodo de agua de carbón, en

soluble como insoluble teñido textil, orgánicos y agua para la solubilización de la lignina en las fases respectivas. A pesar de la
lignina agroquímicos y aceite expulsión de la lignina, la hidrólisis de las hemicelulosas desencadena la capacidad de
procesos de recuperación, absorción enzimática de los fragmentos de celulosa [sesenta y cinco]. La eficiencia de la
lignina-fenol-
calidad de la lignina que da como resultado la síntesis de biocombustibles,
resinas de formaldehído
los productos químicos y otros productos podrían compensar el costo del proceso de
madera de álamo éter arílico de β-O-4 Ligninas de alta pureza [33]
papas fritas enlaces escindidos y para las aplicaciones en auxiliares como disolventes y, en última instancia, hacer que el proceso sea viable [66].
hidrolizado fácilmente productos para el cuidado de la salud,

biosensores
3. Productos potenciales de alto valor añadido derivados de la lignina
Rastrojo de maíz Residuos celulósicos Producción de aceites de lignina [34]
bajos y apto para para aplicaciones en
valorización después químico, La lignina ocupa una proporción significativa de LCB, que juega un papel vital en las
despolimerización farmacéutico o paredes celulares de las plantas. La lignina tiene una estructura polimérica
industrias cosméticas estrechamente ligada a la celulosa y la hemicelulosa. En el polímero de lignina, cuatro
Eucalipto Reducción del color de la Aditivos naturales en lociones [35]
existen tipos de enlaces lignina-carbohidrato. Son (a) tipo éter bencílico
(Kraft lignina sulfonada. protectoras solares, geles, etc.
lignina)
(b) tipo glicosídico (c) tipo éster bencílico y (d) tipo acetal.
Industrial Soluble en DMSO, THF, En la fabricación de películas [36] El uso de lignina en los esquemas de biorrefinería es prometedor y económico,
residuos, cloroformo, éter etílico de lignina, biosensores y que produce químicos y otros productos de LCB. Tabla 3muestra varias
Eucalipto y acetona edificio químico
tecnologías, procesos y propiedades de producción de lignina, condiciones típicas
bloques
y métodos finales de recuperación de lignina. A diferencia del uso convencional de
Pino La densidad relativa varía En la fabricación de plásticos [37]
entre 1,35-1,50 robustos para la producción lignina para quemar, la búsqueda de nuevas rutas para productos novedosos es
de maletas, embalajes inevitable [sesenta y cinco].
material, nailon En el concepto de biorrefinería, la valorización de la lignina con otras
Miscanthus Bajo peso molecular En la producción de la composición [38]
Los componentes de la biomasa (celulosa y hemicelulosa) son igualmente esenciales. Por lo
y gigante con solubilidad variada de aglutinante, fenólico
tanto, la extracción de lignina es necesaria para el procesamiento en el paso inicial del concepto
Junco basado en extracción pegamentos

proceso de biorrefinería [dieciséis,66]. A diferencia de la refinería de petróleo convencional,

Desmetilación de [38] La biomasa a base de biorrefinería lignocelulósica está disponible localmente, es
aumento de lignina en
barata y fácil de ampliar. Además, la biomasa contiene funcionalidad de oxígeno,
número de hidroxilo
lo que la hace inherente al desarrollo de productos de alto valor agregado [67].
Lignina Kraft Nucleofílico En la preparación de resinas, [39]
reacción de sustitución biotransformación en
(mediado por tiol) ácido mucónico, y Basado en el producto, LCB se somete a varios pasos hasta la formación del
Hidroxilo y fenólico químico renovable producto final, como el transporte de LCB a la planta de procesamiento, la
contenido aumentado en bloques de construcción
despolimerización del polímero de lignina y la conversión eficiente en útiles.
lignina
Caña de azúcar Peso molecular y Aceite de lignina de bagazo [40] productos [68]. Muchos estudios se refieren a la valorización de la lignina y
bagazo valor de polidispersidad para repelente de mosquitos, la información es muy dispersa y abrumadora. En el primer esquema, los
reducirse biosurfactantes, colorantes grupos funcionales presentes en el polímero de lignina se eliminarán para
naturales
recuperar los aromáticos simples como benceno, xileno, fenol y tolueno. los
Tallo de maíz Bajo peso molecular Útil para la producción de [41]
El segundo plan implica la conversión directa de biomasa en productos químicos valiosos
sulfometilación espuma de poliuretano por
reacción usando químicamente con la ayuda de catalizadores altamente selectivos para la interrupción de vínculos
a base de lignina modificada especificados [dieciséis,69]. En ambos esquemas, los precursores usados se obtienen
polioles. por métodos químicos solamente y necesitan dos pasos catalíticos. Si se alcanza una
conversión baja en el paso 1, el requisito de catálisis en el paso 2 también aumenta [69].

El rendimiento del catalizador utilizado en estos esquemas integrados de biorrefinería para

la valorización de la lignina requiere actividad del catalizador, selectividad,

3
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Figura 1. Estructura 3D de lignina de madera blanda (adaptada con permiso de Ref. [22]).

reciclabilidad y robustez. Después de un pretratamiento exitoso, el polímero de la atención se centra en las bioconversiones a base de lignina. El método biológico
lignina es vulnerable a formar varios productos químicos mediante la despliega la conversión microbiana y enzimática de la lignina en sus monómeros.
transformación química. La reacción de fragmentación se divide principalmente La despolimerización de la lignina microbiana utiliza tres enzimas diferentes, a
en hidrólisis catalítica de lignina y craqueo y reducción de lignina y oxidación de saber, lacasas, peroxidasas y enzimas auxiliares. Los principales factores que
lignina. Los compuestos monoméricos (benceno, xileno, fenoles y tolueno) se afectan el proceso de bioconversión de la lignina incluyen el pH, la temperatura, la
pueden formar mediante reacciones de reducción de lignina que normalmente re-polimerización de la lignina y el costo de la enzima [85].
implican la eliminación de las subunidades de lignina [70]. Se estudia la conversión biológica de la lignina a través del sistema microbiano
Varios productos industriales incluyen siringol, vainillina, fibras de carbono, para productos de valor agregado derivados de la lignina. Los atributos positivos
guayacol, fenol, eugenol, bioplásticos (poliuretano y poliéster) y tereftalato de de las bioconversiones son ecológicos y específicos con condiciones de reacción
polietileno, benceno, etc. que se pueden producir a partir de polímeros a base de suaves [sesenta y cinco,83]. Microbios comoE. coli, P. putida, K. pneumoniae,
lignina [71–73], que tienen una demanda sustancial del mercado en breve. La B. coagulans, S. cerevisiae y C. acetobutyricum pueden usarse como
utilización de un procesamiento posterior avanzado y refinado de productos a organismos modelo y diseñarse para la conversión de aromáticos a base de
base de lignina con buena pureza los convierte en candidatos viables para las lignina en ccMA [86,87]. La sinergia de los métodos biotecnológicos y los
industrias farmacéutica, cosmética y de aromas (Figura 2) [4]. diversos enfoques quimiocatalíticos proporcionaría un plan viable para la
valorización de la lignina y su conversión hacia la producción de productos
Las industrias tienen como objetivo convertir la lignina en monómeros básicos industriales a escala comercial [88].
aromáticos (de valor medio a alto) como los fenólicos y sus aldehídos
mediante el proceso de despolimerización de la lignina. Los aldehídos 4. Bioconversión de lignina
fenólicos básicos derivados de la lignina son fenólicos monoméricos (fenol,
siringolina, guayacol, catecol y cresol), aldehídos fenólicos (vainillina, 4- La investigación sobre la producción de bioetanol y biobutanol se ha estudiado
hidroxibenzaldehído, siringaldehído) y ácidos fenólicos (ácidos vanílico, ácido ampliamente para varios LCB. Sin embargo, la viabilidad económica de procesos más
4-hidroxibenzoico y ácido siríngico) con diferentes condiciones de ecológicos es el principal obstáculo para una comercialización eficaz. Estudios recientes
pretratamiento y conversión de lignina [74,75]. sobre la racionalización del polímero de lignina a microbios oleaginosos para una miríada
El rendimiento de aldehídos fenólicos se vio influenciado por la presión, el pH, la de formación de productos son un enfoque novedoso, además del uso de monómeros de
temperatura, los oxidantes y los catalizadores, así como por el pretratamiento de la biomasa y la lignina para la fermentación a diácidos [89]. En general, el polímero de lignina se usó en
materia prima [76,77]. Se utilizaron diferentes catalizadores como nitrobenceno, oxígeno, la combustión para producir calor, pero complementar la lignina a través de la ruta de
metales nobles, peróxido de hidrógeno y óxidos de tipo perovskita para mejorar el rendimiento bioconversión a un producto específico de alto valor agregado con pureza es sin duda
de aldehídos fenólicos a partir de lignina. Para la producción de aldehídos fenólicos mediante la una ventaja en comparación con la conversión química.
despolimerización oxidativa de la lignina se utilizaron diferentes fuentes de lignina, como la
lignina alcalina del bagazo de caña de azúcar, la lignina explotada con vapor de los tallos de maíz, La suplementación con lignina en el proceso de bioetanol y biobutanol
la lignina hinchada tratada con celulosa de eucalipto y la harina de madera de cedro japonés para en la formación de lípidos utilizando microbios oleaginosos es un enfoque
la producción de aldehídos fenólicos mediante la despolimerización oxidativa de la lignina [78,79 viable para la producción integrada de biocombustibles. Los
]. microorganismos que tienen la capacidad de acumular un contenido de
La pirólisis de la lignina comprende un proceso de despolimerización térmica aceite de hasta el 20% del peso seco se denominan microbios oleaginosos.
que opera en menos tiempo a una temperatura moderada (400–550 C) en Los triacilglicéridos (TAG) son lípidos predominantes sintetizados en
condiciones de privación de oxígeno [80,81]. Se produjeron varios compuestos microbios oleaginosos y aptos para la generación de biodiésel mediante una
fenólicos (guayacol, catecol, monómeros aromáticos, cresol) mediante la reacción de transesterificación. Por ejemplo, los sustratos deslignificados
despolimerización de la lignina utilizando diferentes fuentes de lignina como (seguían siendo celulosa y hemicelulosa) procesados mediante
lignina alcalina, lignina Organosolv, lignina kraft, lignina de madera blanda por deslignificación enzimática o deslignificación ácido / alcalina podrían
explosión de vapor, lignina de pino del sur de China Organosolv, lignina secada al complementarse con microbios oleaginosos para mejorar la síntesis de
aire de maderas duras y lignina desalcalina utilizando disolventes como agua lípidos. Además, se puede convertir en biodiésel mediante un proceso de
pura, etanol, metanol anhidro, éter, metanol y agua supercrítica [82,83]. transesterificación. Además, la biomasa oleaginosa puede procesarse para
La tecnología de despolimerización de la lignina hacia monómeros aromáticos la formación de biomanure. Por lo tanto,2,90].
adolece del problema de los bajos rendimientos [84]. Por lo tanto, el presente La lignina tiene –OH alifático, >C, –OCH3, e hidroxilo fenólico,

4
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Tabla 2 contenido de biomasa para una conversión eficiente en lípidos a través de

Valorización de la lignina y sus usos en diferentes químicos y productos. microbios oleaginosos. Luo y col. [96], informó 12,80 a 75,70% de concentración
Fuente de lignina Método de Lignina Impacto del método Referencia de lípidos más alta utilizando un pretratamiento combinado. Shi y col. [98],
lignina producir/ demostró bioconversión directa de lignina kraft en PHA usando C. basilensis B-8
extracción recuperación sin ningún método de pretratamiento. En este método, la productividad de PHA se
(%)
incrementó de 128 mg / L a 319,40 mg / L al cambiar de
Bio leñoso Supercrítico 41,7 Alto peso molecular [50] fermentación por lotes a lotes alimentados. El pretratamiento juega un papel vital en la
masa agua peso con disrupción efectiva de la pared celular de la planta hacia una síntesis de lípidos mejorada
oxidación mejorado
a partir de la lignina. La vía metabólica plausible de los fenoles de lignina hacia los lípidos
térmico
estabilidad a través de los microbios oleaginosos se describe enFigura 4 [99].
Tallos de maíz, Ácido 78,0, Promedio [51] En general, para la producción de azúcar, el pretratamiento comienza con un
paja de centeno, hidrólisis 68,8, y molecular tratamiento con ácido diluido seguido de sacarificación a bioetanol por fermentación [
y arroz Nitro alcalino 82,1 peso con
100]. El residuo enriquecido con lignina puede ser utilizado por microorganismos
Paja benceno alta térmica
oxidación estabilidad
oleaginosos metabolizadores aromáticos (microalgas / levaduras /
Paja de arroz Ultrasonido 72,8–84,7 Alto peso molecular [28] bacterias / hongos). Después del pretratamiento, la lignina deslignificada que permanece
asistido peso a lo largo en forma de monómero es altamente soluble en el caldo y los microbios pueden utilizarla
alcalino con alta pureza de manera eficiente [98]. Dependiendo de los componentes químicos de la biomasa, la
extracción
aplicación de los métodos de pretratamiento puede variar. Estudios recientes hacen
Alfa- alfa, Organosolv 34,0, 20,4, Degradación térmica [27]
paja de trigo, tratamiento 22,6, 14,9 dación, con hincapié en centrarse en disolventes verdes y técnicas para un pretratamiento eficaz de
paja de pino, aumento de char la biomasa [101,102].
fibras de lino ceder y disparar Entre los solventes verdes, los líquidos iónicos han ganado interés debido a su
pro resistente
designabilidad, volatilidad cero y solventes robustos y benignos para
perties
varios pretratamiento LCB [103-105]. Los líquidos iónicos disuelven el polímero de lignina
Fibras de yute Tratamiento alcalino 28-29 Térmicamente [31]
ment degradado en compuestos de moléculas pequeñas que pueden usarse como funcionales.
Caña de azúcar Liquido ionico 93 Sin liberación de [31] materiales híbridos basados en la activación [106,107]. Basado en varias
bagazo gases tóxicos
aplicaciones de líquidos iónicos en el pretratamiento de lignina, el desarrollo de
Eucalipto Medios de lacasa 48 y 32 Etanol alto [52]
Un pretratamiento más ecológico y ecológico no solo podría hacer que el proceso sea económico,
globulus tor o alcalino producción
Pennisetum tratamiento sino que también podría enriquecer la biomasa de lignina para los productos de biorrefinería.
purpureum La bioconversión de varios sustratos de lignina nativa a lípidos mostró
Madera de abeto Supercrítico 10,5 Alto volatizado [53] 4 a 29% (peso de lípidos / peso de lignina) de contenido de lípidos con
di-oxano extra- material hirviendo
títulos de lípidos de 0,02 a 1,30 mg / ml. EnCuadro 4. Según un estudio,
cción con aumento
rendimiento de
múltiples pasos involucrados para los lípidos
productos
Agricultura Precipitación 90 bagazo Alto rendimiento y [32] La síntesis de bagazo de caña de azúcar a través del líquido iónico (acetato de 1-
desperdicio ~ 75% pureza etil-3-metilimidazolio) mostró una recuperación de lignina del 90% [108]. En el
sale de
bagazo tratado, se observó un aumento de azúcares reductores en comparación
madera de álamo Supercrítico 79 Bajo peso molecular [53]
papas fritas CO2 (SCEP) peso con con el bagazo sin tratar, por lo que el método de pretratamiento juega un papel
proceso mas libre crucial en todo el proceso (Figura 5).
fenol y India produce 400 millones de toneladas anuales de desechos agrícolas en la categoría de no
grupos carboxilo
forrajes, lo que satisface las necesidades futuras de carbono. En el proceso industrial actual, la
Rastrojo de maíz Tratamiento alcalino 76–82 Recuperado pag- [54]
lignina se recolecta después del pretratamiento (fraccionamiento o proceso kraft y
ment cumarico y
ácidos ferúlicos lignosulfonato) y se utiliza para la combustión en calderas. La lignina puede usarse por dos rutas
con lignina diferentes, es decir, (a) usada como derivada para integrarse en una estructura polimérica más
condensación compleja (formulando resinas, como
Hierba de elefante Organosolv 82 Alto rendimiento con [55]
relleno polimérico), (b) descomposición parcial o total y en la siguiente etapa
fraccionamiento sustancial de
lignificación reconstruir el producto mediante tecnologías biológicas o químicas. los
Paja de trigo Enzimático 34 Desarrollado [56] El segundo proceso tiene más valor económico que la primera ruta de productos a
tratamiento biocombustible más ecológico base de lignina [117].
producción
Tallo de maíz y Vapor 65 y 15 Promedio [57]
pino explosión molecular 5. Valorización de la lignina mediante la búsqueda de patentes

peso con
alta selectividad Como se discutió anteriormente, el biopolímero de lignina es abundante en el
planeta tierra y comprende varios componentes aromáticos, que están reticulados por
enlaces de carbono y éter y componentes principales de diferentes materiales
grupos funcionales con enlaces β-5, β-O-4-aril éter y enlaces β-β [90,91]. Estos patrones
lignocelulósicos y subproductos industriales [118]. En el pasado reciente, la lignina se
de unión hacen del polímero de lignina una estructura más compleja que resiste la
utilizó únicamente como fuente de energía. Todavía hoy en día, la mayor parte de la
despolimerización por métodos de pretratamiento tanto químicos como biológicos. Por
investigación sobre valorización de la lignina se centra en la producción de productos y
lo tanto, es necesaria una combinación de varios métodos de pretratamiento para lograr
materiales de alto valor como adhesivos, resinas, plásticos, etc. [118]. Sin embargo, la
una conversión de mayor rendimiento a un costo y tiempo razonables [92,93]. Estudios
mayoría de los enfoques existentes propuestos para el procesamiento de la lignina dan
recientes muestran que los microorganismos oleaginosos (comoRhodococcus opacus)
menores rendimientos de compuestos especiales junto con una tediosa separación. Por
utilizó polímero a base de lignina para lípido [94]. La bioconversión de la lignina para la
lo tanto, para superar estos problemas, la bioingeniería de la lignina o la incorporación
síntesis de lípidos se puede realizar mediante tres pasos principales, como (a)
de componentes significativos en la lignina es necesaria para modificar su estructura,
pretratamiento (b) biodegradación del anillo aromático y (c) biosíntesis de lípidos (Fig. 3) [
que es un requisito previo para las estrategias probables de recuperación y
95,96].
mejoramiento hacia diferentes productos basados en biorrefinerías [[119]].
El objetivo del pretratamiento en el proceso de bioconversión tiene como objetivo la
La abrumadora capacidad de los productos a base de lignina en diferentes
eliminación del polímero de lignina para acceder a la celulosa y hemicelulosas.
dominios industriales hace que la comunidad científica trabaje para lograr

5
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Tabla 3
Técnicas, condiciones de proceso, enfoques de recuperación de lignina pretratada.

Extracción de lignina Proceso Condiciones de reacción Métodos de recuperación de lignina Referencia

técnica

Lignina alcalina MW 2.7 -6 KDa, proceso libre de azufre y representa casi el 5% Álcali (NaOH, NH3) con 130-160 C Recuperación de lignina después de la 54
de la producción total de celulosa precipitación de la fracción soluble con ácido
Lignina AFEX MW 5 KDa, NH3, alta presión, Recuperación de lignina tras hidrólisis 56
Sin contenido de azufre, pero este método no se puede utilizar para 90 - 100 C enzimática de fracción insoluble
biomasa con ˃25% de contenido de lignina
Diluir la lignina ácida MW 5000-10KDa, contenido de azufre 0-1% (ácido Ácido diluido (H2SO4, HCl), 160-200 C Recuperación de lignina después de la hidrólisis 51
sulfúrico diluido), estructura condensada enzimática de la fracción insoluble Recuperación de

Lignina de explosión de vapor MW 2700-6000 Da, procesos sin azufre, 180-230 C, 15-35 bar de vapor, 1-20 min lignina después de la hidrólisis enzimática de la 57
constituye el 5% de la pulpa producida. fracción insoluble Recuperación de lignina después de

Lignina organosoluble MW 3300 Da (lignina obtenida de madera dura), Etanol: agua, 180-210 C la evaporación de la fracción soluble 27
estructura libre de azufre y menos condensada
Lignina de Klason MW 8-9 KDa, contenido de azufre-4.5%, estructura 72% H2SO4, 30-50 C, 1 hora Recuperación de lignina tras filtración 51
condensada. y lavado con agua.
Lignina de sulfito MW 12 K-65 K Da, 1,5-3% en peso de contenido de azufre, Bisulfito ácido de Ca / Mg, 130 C, 6-10 h Recuperación de lignina después de la 33
(Lignosulfonato) proceso de pulpa dominante en madera precipitación de licor por exceso de cal
Lignina Kraft MW 6K-10K Da, 1,5-3% en peso, contenido de azufre, Hidróxido de sodio acuoso y sulfuro de Recuperación de lignina después de la precipitación de 39
proceso de pulpa dominante en madera sodio, 150-180 C, 2 h la fracción soluble por ácido

Publicaciones. Es de destacar que la investigación se ha centrado en la valorización de la

lignina en la última década. Los carbohidratos de LCB ya han recibido toda la atención
para la producción de combustibles y productos químicos renovables.
Actualmente, hay un interés significativo en la investigación patentable sobre la
valorización de la lignina por parte de algunas unidades de búsqueda patentables líderes.
Por ejemplo, API Intellectual Property Holdings LLC (64), Poet Research Inc (45), Nanjing
University of Technology (23) se encuentra entre los principales beneficiarios de patentes
sobre investigación impulsada por la lignina [4]. Hay un aumento notable en la
publicación de patentes de 9 a 271 de 2006 a 2018 en una cartera diversa sobre
valorización de lignina [4]. Algunos de los estudios recientes y la búsqueda de patentes
revelaron que la utilización de lignina para el desarrollo de productos valiosos nos
permite hacer un mejor uso de la biomasa basada en lignina, un enfoque viable de
biorrefinería (Cuadro 5).

6. Utilización de la lignina en el fortalecimiento de la bioeconomía

Figura 2. Relación entre volumen y precio de productos derivados de la lignina.

Hoy en día, la “economía circular” está ganando un interés significativo
en integrar todo el proceso para un proceso rentable. El enfoque de la
actualización visualizada de las tendencias de propiedad intelectual basadas en la lignina. El
economía circular utiliza los recursos a lo largo de su vida útil para lograr un
interés emergente en los productos de biorrefinería a base de lignina en las últimas décadas
uso rentable máximo, mientras que en una economía lineal, el
también trajo un aumento sustancial en las patentes y la investigación presentadas

Fig. 3. Diferentes pasos involucrados en la bioconversión de lignina en lípidos (a) Pretratamiento (b) Biodegradación de anillos aromáticos en microbios y (c) Síntesis de lípidos en microbios (Adaptado de
[97])

6
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Cuadro 4
Bioconversión de lignina pretratada con álcali en lípidos utilizando
microorganismos oleaginosos.

Materia prima Oleoso Fermentación Lípido Referencia

microbios estrategia contenido

Álcali extraído R. jostii RHA1 Co-cultura de 0,39 g [109]

lignina (pH VanA- y R. jostiiRHA1 y lípido / g
12,5) R. opacus R. opacus DCW
PD630
Hidrotermal R. opacus Co-cultura de 0,46 g [109]
licuefacción PD630 y R. jostii RHA1 y lípido / g
de algas R. jostii RHA1 R. opacus DCW
sustrato a Furgoneta A-

acuoso
residuos (pH
12,5)
Glucosa, Rhodococcus Co-fermentación > 40% [110]
ácido vainillico rodocroso usando lignina modelo de DCW
y 4-Hy- ATCC 21198 monómeros y
droxibenzoico glucosa
ácido (pH 7,8)
Conjunto R. opacus Conjunto 1,83 g / L [97]
pretratado PD630 pretratamiento
lignina (pH- junto con alimentado
11) fermentación por lotes
procesos
NaOH pre R. opacus Integración de 42,1% [111]
extraído PD630 peróxido de álcali de DCW
efluente y pretratamiento y
H alcalino2O2 R. opacus
correo asimilación
tratamiento
(pH-11,5)
Figura 4. Posible ruta para la bioconversión oleaginosa de la lignina a la Biomasa R. opacus Aguas residuales 62,8% [112]
gasificación DSM 43205 derivado de de DCW
producción de biodiésel. Acetil Co-A se obtiene de fuentes de azúcar. Vía PAA: Vía
aguas residuales pretratamiento y
del ácido fenilacético; Vía β-KA: vía β-cetoadipato.
(pH 7,88) complementado para
crecimiento celular con

se crean, utilizan y eliminan recursos [9]. Además, el enfoque de economía sales minerales
Rastrojo de maíz R. opacus Rastrojo de maíz 32 mg / L [113]
circular se centra en la recuperación y regeneración de materiales y recursos
tratado con lignina NRRL B-3311 procesado a través
al final de cada producto del ciclo de vida.[130]. La valorización de la lignina con fibra de amoniaco
tiene como objetivo integrar todo el proceso que se ajusta al principio de amoníaco expansión (sin
bioeconomía circular (Figura 6). fibra pretratamiento)

En general, la lignina obtenida de diversas fuentes se procesa inicialmente expansión

(pH-11)
utilizando diferentes métodos como pirólisis, oxidación y combustión para
Lignina Kraft (pH R. opacus Consolidación de 150 mg / [114]
obtener productos intermedios, seguidos de la conversión en productos finales 7.5) PD630 mediada por lacasa L
valiosos. Los valiosos productos van desde diferentes gases (CO2, CO, H2, CH3), despolimerización
aceites líquidos, fenoles (catecol, guayacol, siringol, cresol), aldehídos (vainillina, acoplado
asimilación
siringaldehído) a compuestos alifáticos (metano, etano, alcanos ramificados),
proceso usando
carbón y calor, que tienen una profunda aplicación como productos químicos,
R. opacus
energía y combustibles. [131]. Lignina Kraft R. opacus Integración de O2 14,21% [115]
La economía circular basada en la lignina es un concepto prometedor, ya que con pre DSM 1069 lignina mediada de DCW
estas últimas aplicaciones se limitan a las fuentes de energía y también se amplían tratado O2 pretratamiento y
(pH-11) asimilación usando
para la producción de productos farmacéuticos, biopolímeros, desarrollo de
R. opacus
biosensores para la estimación de glucosa y biocompuestos, biosorbentes, Pretratamiento de R. opacus Consolidación de 4,08% [116]
nanocompuestos, hidrogeles, etc. [132]. Las aplicaciones a base de lignina en los organosolv DSM 1069 ultrasonidos de DCW
campos farmacéutico y médico se ilustran enTabla 6. lignina con pretratamiento y
ultrasónico- asimilación
ción (pH- proceso usando
7. Tendencias y perspectivas
10,3) R. opacus

La sostenibilidad a largo plazo de las biorrefinerías de lignocelulosa depende de la

utilización eficiente de la lignina. El desarrollo integral de la biorrefinería de lignocelulosa productos químicos con la pureza deseada es un desafío debido a la naturaleza
no es posible sin la valorización de la lignina en una gran cantidad de productos químicos inherente de recalcitrancia y heterogeneidad de la lignina [92,154].
especiales y a granel.[153]. Debido a las características inherentes, el alto contenido de Las tendencias de los últimos diez años en la investigación de biorrefinerías están
energía, los productos químicos derivados de la lignina tienen el potencial de ser una floreciendo con los pronunciados avances en la valorización de la lignina al adoptar el
alternativa sostenible de los productos petroquímicos. Los productos químicos derivados enfoque de la lignina primero [11,44]. El desarrollo integral de la refinería de lignina y los
de la lignina son renovables, competentes con los productos del petróleo y reducen la resultados de la investigación competente se revisan en muchos artículos de revisión [3,
huella de carbono [13]. Por lo tanto, es imperativo aprovechar el máximo potencial de la 13,120,155]. Estos profundos avances han sido posibles gracias a grupos de investigación
lignina de los bosques, los residuos agrícolas herbáceos y los cultivos energéticos de biorrefinerías competentes en todo el mundo, que han desarrollado productos
dedicados. Sin embargo, el refinado de lignina en productos químicos de plataforma de químicos finos comercialmente viables y productos de lignina a través de rutas más
alto valor, productos químicos específicos o incluso a granel ecológicas. Sin embargo, las implicaciones prácticas de estos estudios aún no han

7
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Figura 5. Pasos asociados con el pretratamiento asistido por líquido iónico de la extracción de lignina, caracterización estructural como parte del bagazo de caña de azúcar a
componentes celulósicos (Modificado y adaptado de Ref. [117]).

calibre a escala piloto e industrial. Para eso, es imperativo un análisis tecno- para la valorización de la lignina y concluyó que para obtener un precio de venta mínimo
económico sólido y un análisis de políticas para evaluar el potencial real de de etanol de $ 3.44 / equivalente de gasolina, no se requiere la valorización de la lignina.
la lignina en biorrefinerías de lignocelulosa independientes e integradas. Los resultados mostraron que la valorización de la lignina debería ser en γ-valerolactona
para tener un proceso energéticamente eficiente.

7.2. La necesidad de apoyo político para la valorización de la lignina

7.1. Análisis tecnoeconómico
La investigación sobre la valorización de la lignina está cobrando impulso, lo
En el escenario actual, existe una sensación de cautela entre los inversores cual es evidente con un análisis bibliométrico de 2000 a 2016 [161]. Según este
sobre la inversión en biorrefinerías de que "se puede hacer cualquier cosa con estudio, el resultado máximo de la investigación se basa en la elucidación de la
lignina excepto dinero". Esta impresión debe cambiarse permanentemente para estructura de la lignina, la recuperación y caracterización de la lignina, así como la
dar un impulso a la biorrefinería de forma activa. Los desarrollos tecnológicos despolimerización de la lignina por métodos termoquímicos y biológicos hacia
actuales se orientan hacia cadenas de productos de alto valor y materiales a partir aplicaciones de lignina. La política de investigación debe orientarse hacia la
de la lignina. Los resultados de la investigación son bastante sofisticados; sin valorización de la lignina empleando métodos sostenibles que conduzcan a la
embargo, su reproducibilidad a gran escala es una gran pregunta. Para máxima recuperación de lignina con menos huellas de carbono y tengan el
comprender el potencial real, es fundamental cuantificar el potencial económico y potencial de aumentar. El análisis bibliográfico mostró que un proceso simple con
la huella medioambiental. hidróxido de sodio es el método más común para extraer lignina a escala
El análisis tecnoeconómico estimaría principalmente los impactos económicos industrial. En la parte de la aplicación, la conversión oxidativa de la lignina se ha
de la conversión de lignina en biorrefinerías independientes e integradas evaluado como máximo para las aplicaciones de mejora de la lignina.
mostrando los parámetros clave para la reducción de costos y encontrando las [161]. Las industrias de fabricación de pulpa y papel deberían adoptar la política para
brechas para diseñar un proceso escalable con bajo riesgo. [156]. En este desarrollar productos químicos a granel y específicos a base de lignina [11]. La
contexto, Martinez-Hernandez et al. (2019)[157] informó la disminución del costo producción rentable de biocombustibles parece imposible, la lignina no se valoriza en la
de producción de etanol ($ 2.02 gal 1) al desviar el 50% de la lignina producida a mayor medida posible. El factor principal en el establecimiento de biorrefinerías
compuestos fenólicos, que tienen un gran valor de mercado. Además, se redujo la comerciales de lignocelulosa es la reducción de los gastos operativos y de capital con la
huella de gases de efecto invernadero (GEI) de la cuna a la puerta del bioetanol, máxima utilización de la lignina como productos valiosos.[162].
mostrando una reducción del 78% con respecto a la gasolina (21 g CO2-eq MJ 1). Se prevé que se debería imponer una política adecuada para el refinado de lignina
Actualmente, la valorización de la lignina kraft abre una nueva vía en la industria de mientras se establecen instalaciones de producción de combustibles y productos
la pulpa y el papel, produciendo 50 millones de toneladas de lignina kraft anualmente. químicos en las biorrefinerías de lignocelulosa. Por lo tanto, la implicación política de la
Khwanjaisakum y col.[158] recientemente estudió la viabilidad económica de la mejora de las biorrefinerías de lignocelulosa tiene una relación directa con la valorización
producción de vainillina a partir de lignina kraft a través de la oxidación. Informaron del de la lignina. La política debe estar dirigida a la exploración de la aplicación significativa
9.25% de rendimiento de vainillina a partir de 30 g / L de lignina kraft usando una presión de la lignina hacia las salvaguardias ambientales, al tiempo que respalda los mejores
parcial de oxígeno de 5 bares a 110ºC. C. La extracción por solvente seguida de rendimientos financieros para las fábricas de papel y las biorrefinerías de lignocelulosa.
destilación resultó ser la más útil, ya que mostró los mejores rendimientos económicos Se necesitan mejoras pioneras en las políticas y las rutas técnicas para revolucionar el
con un período de recuperación de 6,19 años y una tasa interna de rendimiento del refinado de lignina para productos químicos y materiales a granel y especializados. Un
22,63% utilizando menos energía. Para el desarrollo de biorrefinerías rentables, la marco de políticas sólido será fundamental para las ganancias energéticas, la mejora de
utilización de la lignina debe realizarse de manera eficaz. Ramirez y Gursel[159] evaluó el la economía verde, las emisiones de carbono y la preservación de la biodiversidad [13].
proceso de mejora hidrotermal con un costo de capital de €50 millones, que es más que
el índice de referencia con el máximo retorno de la inversión (12%) y el período de
recuperación más bajo de 5 años. Más recientemente, Huang et al.[160] examinó el
efecto de diferentes parámetros

8
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Cuadro 5 productos químicos y materiales de manera eficiente [166].

Búsqueda reciente de patentes para aplicaciones de lignina en varios sectores. Los polímeros a base de lignina están interesados en sus características
Número de patente Resultado de la patente Poseedor de patente Referencia multipropósito, alta estabilidad, compatibilidad y renovabilidad. Recientemente,
Banu et al. [129] y Becker y Wittmann [71] evaluó la producción de biopolímeros y
WO / 2018/146344 Novedoso sulfonado Krawczyk N, Mo€ller [120]
Alabama bajo peso molecular A, Geigle P, Larionov productos sanitarios a partir del refinado de lignina, respectivamente. Además de
derivados que se pueden E, Hartwig J las aplicaciones de lignina en la producción de especialidades químicas, también
utilizar como electrolitos en la se pueden producir biocombustibles líquidos y gaseosos y biocarbón mediante la
batería de flujo redox
adopción de métodos híbridos, gasificación y conversión microbiana [21].
WO / 2018 / Bis (4- Sels B, Koelewijn SF [121]
134427A1
alquilfenol) deri- 7.4. Perspectivas de futuro
derivados. Valioso
precursores de La valorización de la lignina y su integración en el concepto de biorrefinería es
termo renovable
sin duda una gran ventaja para el desarrollo de un económico
plástica
WO / 2018/162612 Compuestos orgánicos Wittmann C, Duuren [122] y proceso comercialmente viable. Sin embargo, la utilización eficiente de la lignina
A1 producción, es decir, poli JV, Kohlstedt M, se ha enfrentado a desafíos acompañados de los altos costos del proceso, los
ácidos carboxílicos de Stolzenberger J, bajos rendimientos y la validación y el rendimiento de nuevos productos, lo que
lignina por pirólisis Starck S, Barton N,
finalmente ha decidido el destino de la biorrefinería a base de lignina. A diferencia
y biocatalizadores Selzer M, Fritz M, De
del refino de petróleo, la biorrefinería a base de lignina consta de pasos de
Wild P, Kuhl M,
Becker J despolimerización y bioconversión que apuntan a la utilización efectiva de
WO / 2017/174098 Lignina aromática LMW Nastaran K, [123] productos.
A1 compuestos Alexander M, Geigle Un estudio reciente implica que la bioconversión de lignina utilizando microbios
producción PAG
oleaginosos para una mayor síntesis de lípidos es un paso decisivo que ayuda en el
WO / 2018/013796 Desarrollado continuo Subramaniam B, [124]
Alabama proceso para aromáticos Danby AM, Lundin desarrollo de biocombustibles integrados. Además, la adopción de tecnologías
producción de monómeros Maryland patentables, el despliegue de disolventes verdes y los procesos de valorización de la
de lignina vía lignina, en particular para una mayor producción de lípidos [72,101] y productos
ozonolisis
farmacéuticos, tienen un efecto significativo en el desarrollo de estrategias rentables
WO / 2018/138450 Proceso de desarrollo Fournier T, Junca L, [125]
que, en última instancia, benefician a las industrias de biocombustibles lignocelulósicos y
A1 para fibras a base de lignina Fache M, Mercader C
mediante extrusión en caliente biorrefinería. Aunque se ha intentado una investigación sustancial para la mejora
hilado catalítica a diferentes fenoles, es decir, simples
WO2007117175A1 Desarrollo de Dikovskiy AV [126] compuestos (fenol, cresol, guayacol y anisol), es necesario realizar más
lignina hidrolítica
investigaciones hacia compuestos complejos como los compuestos fenólicos
formulación basada en
gastrointestinal sustituidos.
trastornos El estado de latencia de la gradación ascendente de la lignina de base biológica hacia
WO2006001364A1 Desarrollo de Sakagami H, [127] Los productos de biorrefinería viables deben comprender el potencial de racionalización
Lignina y similar a la lignina Kawazoe Y, Otsuki de los microbios hacia varios compuestos aromáticos. En el caso de la biocatálisis, los
a base de polisacáridos M, Inaba Y, Sai B,
investigadores deben centrarse en comprender la toxicidad de los productos derivados
agente terapéutico para Horiuchi A,
papiloma humano Nakajima H, Aratsu de la lignina despolimerizada sobre los microbios y las enzimas, lo que impulsa la mejora
enfermedades por virus (VPH) C biológica de la lignina de manera impecable. En general, el
WO2008049437A1 Desarrollo de Jacobsen G, Kristian [128] La bioeconomía próspera basada en la lignina es factible solo con los esfuerzos
a base de lignina J, Villadsen M
sinérgicos de fraccionamiento, despolimerización y etapas de mejora de la lignina
antidiaherreal
compuesto
[3].
WO2002024610A2 Desarrollo de anti- Shipov VP, Popov AI, [129]
agente neoplásico como Pigarev ES, Ivanov 8. Conclusión
madera a base de lignina VN, Trofimov VA
ácido húmico como
formulación
En general, el punto focal de la presente revisión expuso las
ingrediente tecnologías existentes y los posibles obstáculos hacia la biorrefinería a
base de lignina hacia productos industriales y de valor agregado. El
desarrollo de procesos de integración como el fraccionamiento, la
7.3. Implicaciones prácticas del estudio despolimerización y las estrategias de mejora de la plataforma basadas
en lignina son una necesidad urgente que impulsa hacia productos
Este estudio revisa de manera competente los recientes desarrollos de investigación comercializados sostenibles y viables. La utilización de estrategias de
en la valorización de la lignina. Es evidente con estudios de pares que la rentabilidad y fraccionamiento más suaves y verdes ayuda en la degradación
sostenibilidad de las industrias de pulpa y papel y biorrefinerías de lignocelulosa estructural de la estructura del polímero de lignina sin perder los
dependen principalmente de la utilización holística de todas las fracciones de biomasa [ enlaces reactivos (enlaces β-O-4 nativos). Además del respaldo
11,13,132]. Las aplicaciones establecidas de la lignina, por ejemplo, la generación de tecnológico, las medidas políticas también desempeñan un papel
energía, los aglutinantes deben reemplazarse con productos de alto valor, que esencial en la promoción de los biocombustibles de lignina y la
producirán grandes ganancias económicas. Las partículas de lignina a nanoescala han economía circular de la biorrefinería. Algunas medidas, como la
mostrado aplicaciones profundas en el desarrollo de dispersantes, formulación de incentivación de productos químicos y productos a base de lignina, la
adhesivos, recubrimientos y compuestos.[163]. política de recompra de sustratos de lignocelulosas a los agricultores,
En una línea similar, Irvani y Verma [164] revisó los avances de
vanguardia de las nanopartículas de lignina en aplicaciones biomédicas y
terapéuticas. Para desarrollar la economía del átomo, es necesario realizar Declaración de contribución del autor
modificaciones químicas controladas mediante métodos químicos básicos
como la condensación y la despolimerización, lo que permite la reutilización Vijay Kumar Garlapati: Conceptualización, redacción, preparación del borrador
de la lignina en productos químicos básicos [165]. Esto se puede hacer a original, redacción, revisión y edición. Anuj K. Chandel: Conceptualización,
través de enfoques bioquímicos y químicos independientes para producir redacción, preparación del borrador original, redacción, revisión y edición.

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Tabla 6
Aplicaciones de la lignina en los campos farmacéutico y médico.

Producto Proceso Fuente Condiciones de reacción Producir Referencias

Vanilina Fabricación de pulpa de sulfito Madera PH alcalino, alta temperatura y 15% [133]
presión
Antioxidantes Hidrólisis encimática Rastrojo de maíz Tratado con hidróxido de sodio al 4%, 1875.2-2422.5μmol TE / g [134]
50 C, 120 min
Hidro-geles Reticulación química Licor negro Kraft Solución de lignina-agarosa agitada a Fracturabilidad- 76.989 gF, [135]
120 rpm durante 30 min Dureza 181.491gF en 5% aga-
roseþlignina con 10 ml de
epiclorohidrina
Vanilina Oxidación de nitrobenceno Eucalipto-tusgrandis, Tratado con NaOH y 0,4 mL de 13,39% [136]
Eucalipto-tusurophylla nitrobenceno a 170ºC. C durante 3 h
de tiempo de agitación
Antioxidantes Hidrólisis ácida árbol de manzana Hidrolizado durante 30 min a 180 C 5,03-33,03 AOP / μg [137]
(Método ABTS)
Hidro-geles Reticulación química Lignina Kraft Biomasa añadida en 140 C durante 4 h sesenta y cinco% [138]
Protector solar Absorción Miscan -por lo tanto sacchari- Lignina mezclada con crema a 600 rpm 1% en peso de lignina con 40 min. [139]
florus, Pinus densiflora durante 24 ha TA La irradiancia UV mejora el valor de
SPF
Protector solar Hidrólisis encimática Mazorca de maíz / Pinos 10% en peso de lignina mezclada con Aumento de SPF a 47.71 y [140]
crema pura a 1000 rpm durante 24 ha TA protector UV-A mejor que la
crema comercial
Antioxidantes Tratamiento organosolv P. bambu-soides, P. Muestra preparada con amoniaco (120 C Actividad similar a SOD 11.6, 11.4, 11.4, [141]
edulis, Miscan-así durante 20 min), se secó al aire y se añadió 16 mg / mL respectivamente
sinensis, etanol-agua y se mantuvo durante 1 ha
Solidagoaltissima temperatura ambiente.
Antioxidantes Tratamiento alcalino Paja de trigo Polvo desparafinado tratado con NaOH al Rendimiento de lignina 90-97% con [142]
2% durante 1,5 ha 90 C altas propiedades antioxidantes.
Vanilina Oxidación por lotes - pH-14.150 C y presión 10 bar 3,5- 7,6% [143]
Protector solar Tratamiento con alcalinos - Lignina extraída mezclada con crema a temperatura 10% en peso de lignina produce SPF-15 [144]
ambiente a 1000 rpm durante 24 h en zona oscura

Microesfera Evaporación del solvente de emulsión (ESE) Madera dura kraft negro - - [145]
licor / no madera
residuo
Glucosa Co-precipitación química Lignina Kraft - - [146]
Biosensor
Doble electrico Tratamiento hidrotermal Lignina - - [147]
condensador de capa

Biosensor para Hidrólisis del precursor tetraetoxisilano y Lignina Kraft - - [148]

estimación de glucosa condensación de TEOS
ción
Nanocápsulas A través del proceso de autoensamblaje mediante la Lignina Kraft - - [149]
adición de agua a la lignina kraft etanólica
Reutilizable Mediante el autoensamblaje de lignina Organo- Lignina organosoluble - - [150]
adsorbente solv con anhídrido maleico y una mezcla de
tetrahidrofurano-Fe3O4 Autoensamblaje de
Lignina nanopartículas utilizando emulsión de aceite en Lignina Kraft - - [151]
nanocápsulas agua y sonicación de baja energía
Nano de plata Síntesis verde Paja de trigo extraída Mediante la optimización de pH, - [152]
partículas lignina temperatura, tiempo de proceso y Li: AgNO3
relación molar

borrador original, escritura - revisión y edición.

Agradecimientos

VKG y SS agradecen a la Universidad de Tecnología de la Información de

Jaypee, Waknaghat, India, por proporcionar los recursos para ejecutar la
revisión. AKC y API agradecen a CAPES, Brasil por el apoyo financiero. SPJ
donó a ICAR, Mau, India por proporcionar las instalaciones sustanciales para
implementar el borrador de revisión propuesto. SS agradece al Instituto
Nacional de Tecnología, Warangal, India, por facilitar el aprendizaje y las
instalaciones de recursos.

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