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FP7

INDOX — Resultado resumido

Project ID: 613549
Financiado con arreglo a: FP7-KBBE
País: España
Dominio: Industria

Reencontrarse con la naturaleza para lograr una producción más ecológica

El proyecto financiado por la Unión Europea INDOX ha contribuido significativamente a la «química verde» gracias a la investigación de tecnologías relacionadas con enzimas y procesos biocatalíticos aplicados a procesos de producción.
Reencontrarse con la naturaleza para lograr una producción más ecológica
Desde hace mucho tiempo, la industria química ha volcado su interés en la naturaleza, específicamente en las células vivas, con el propósito de lograr una producción industrial más respetuosa con el medio ambiente. En el campo de la química industrial, hay un sector importante que utiliza procesos de oxidación y reducción y enzimas oxidativas (oxidorreductasas) y que presenta un especial interés de cara a efectuar transformaciones sintéticas.

No obstante, la industria química aún no ha incorporado las reacciones de oxidación enzimática, dado que no hay biocatalizadores que posean la selectividad, disponibilidad y compatibilidad necesarias cuando las condiciones del proceso son rigurosas. En INDOX se han puesto a punto procesos de oxidación enzimática industrial con el fin de demostrar la eficiencia de ciertos biocatalizadores optimizados en las reacciones de interés. Además, se ha descrito la escalabilidad, sostenibilidad y rentabilidad de los procesos, en comparación con los procesos tradicionales de conversión química.

Formulación de estudios preliminares de eficacia

INDOX investigó la aplicación de las oxidorreductasas en reacciones de interés para la industria química. El coordinador del proyecto, el profesor Ángel T. Martínez, explicó: «La opción de las reacciones de oxidación como principal área de estudio es importante, pues algunas oxidaciones pueden ser muy difíciles de manejar incluso con las últimas herramientas de síntesis. Las enzimas pueden proporcionar un mecanismo más sostenible para la producción de compuestos químicos industriales y además ofrecer incluso opciones de fabricación más rentables y selectivas».

El equipo del proyecto seleccionó las enzimas candidatas más prometedoras de los grupos de hemoperoxidasas/peroxigenasas, flavoxidasas y cobre oxidorreductasas obtenidas de los genomas fúngicos, y después utilizó herramientas de diseño de proteínas, combinadas con análisis informático, para mejorar sus propiedades catalíticas y/o aumentar su robustez. Además, se siguieron diferentes estrategias para optimizar las condiciones de reacción y las configuraciones del reactor (incluyendo tecnologías de inmovilización y nuevas reacciones enzimáticas en cascada).

Martínez citó una conversión de un 100 % del 5-hidroximetilfurfural derivado de la biomasa en ácido 2,5-furandicarboxílico (FDCA), en una reacción en cascada inteligente que combina dos enzimas oxidativas, como ejemplo de la aplicabilidad de esta estrategia. «El FDCA ha sido definido como uno de los doce “productos químicos plataforma” (junto con el ácido succínico y otros ácidos orgánicos, la 3-hidroxibutirolactona, los derivados del glicerol, el sorbitol y el xilitol) y puede utilizarse como alternativa sostenible para la producción de una variedad de polímeros de gran volumen, por ejemplo, los poliésteres y las poliamidas. La tecnología química disponible actualmente para la producción de FDCA es de selectividad baja, lo que depara subproductos no deseados que disminuyen el rendimiento de la producción de polímeros. Se trata de un problema que podría superarse utilizando nuestra tecnología enzimática».

Una de las novedades de INDOX fue que las enzimas oxidativas utilizadas fueron las oxidorreductasas fúngicas, que son relativamente nuevas en la comunidad científica, a diferencia de otros tipos de enzimas investigadas con este fin. Martínez comentó: «Ello causó ciertos inconvenientes al querer demostrar su eficiencia en importantes aplicaciones industriales de producción de compuestos químicos a granel y productos químicos especializados en grandes volúmenes, que ha sido el principal objetivo del proyecto INDOX».

Hacia una química más verde

INDOX ha creado un conjunto de nuevos biocatalizadores oxidativos que han sido estudiados en el laboratorio, proporcionando un estudio preliminar de eficacia relativo a diferentes reacciones de interés como la oxifuncionalización de los compuestos alifáticos y aromáticos, el acoplamiento de fenoles y otros compuestos aromáticos para producir polímeros y colorantes, y la decoloración de tintes y la modificación oxidativa de la lignina.

En la síntesis de productos químicos, obtener moléculas complejas para generar productos químicos especializados mediante la identificación y el diseño de enzimas específicas es una tarea casi imposible de realizar. Cuando esta propiedad se combina con una mejora en la eficiencia de la producción (por ejemplo, por modificación de materia prima de bajo coste en procesos selectivos a baja temperatura y con eficiencia energética) con enzimas se convierte en una pieza clave de la «química verde», promoviendo así los esfuerzos para mejorar la sostenibilidad de los procesos de producción.

Los trabajos al respecto han continuado incluso una vez finalizado INDOX. Actualmente, la financiación proviene de la Empresa Común para las Bioindustrias, una asociación público-privada entre la Unión Europea y el Consorcio de Bioindustrias en el marco de Horizonte 2020.

Palabras clave

INDOX, biocatálisis oxidativa, enzimas, oxidorreductasas, Química Verde, industrias biológicas
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