Aprovechamiento integral en bioeconomía circular: bagazo cervecero como fuente de xilooligosacáridos funcionales
El agotamiento de los recursos fósiles, la creciente demanda de energía y materiales y la urgencia de mitigar el cambio climático han impulsado un cambio profundo en las políticas de investigación e innovación a escala internacional. En este contexto, las biorrefinerías juegan un papel importante en la desfosilización y en la reducción de la dependencia del petróleo, posicionando a la biomasa como un recurso clave para la descarbonización y la autonomía industrial. Las biorrefinerías se conciben como instalaciones capaces de transformar la biomasa en una amplia gama de bioproductos siguiendo el principio de uso en cascada. A diferencia de las refinerías convencionales, las biorrefinerías trabajan con materias primas heterogéneas y complejas, lo que exige procesos selectivos, eficientes y sostenibles. Su desarrollo constituye, por tanto, un reto multidisciplinar.
En los últimos años, la hemicelulosa ha pasado de ser un componente poco aprovechado a convertirse en un foco de interés para su transformación en biocombustibles y en productos de alto valor como los xilooligosacáridos (XOS). Los XOS pertenecen a los llamados compuestos prebióticos emergentes, siendo estos uno de los alimentos funcionales prometedores. El término prebiótico fue definido por primera vez en 1995 por Gibson y Roberfroid1 como “aquel ingrediente alimentario no digerible que permite cambios específicos en la composición y/o actividad de la microbiota gastrointestinal y confiere beneficios para la salud del huésped”. Tras décadas de avances, la Asociación Científica Internacional de Probióticos y Prebióticos (ISAPP) lo definió como “un sustrato que es selectivamente utilizado por microrganismos del hospedador confiriendo un beneficio para la salud”2. Los XOS son oligómeros compuestos por unidades de D-xilosa unidas a través de enlaces β-(1,4)-glicosídicos con un grado de polimerización que puede variar entre 2 y 203. En los últimos años, los XOS de bajo grado de polimerización (2–6) han despertado un gran interés en la sociedad debido a su elevado potencial prebiótico, ya que pueden mejorar la salud intestinal y prevenir enfermedades. Este proceso favorece el crecimiento y la actividad de bacterias beneficiosas, lo que contribuye al equilibrio de la microbiota y al bienestar general del individuo, estimulando el crecimiento de bifidobaterias y la producción de ácidos grasos de cadena corta. En comparación con otros prebióticos como la inulina y los fructooligosacáridos, los XOS destacan por su eficacia a dosis reducidas (<4 g/día), su alta estabilidad durante el proceso de fabricación y su potencial de aplicación en alimentos funcionales, nutracéuticos y cosmética. Dado que su ingesta a través de la dieta es limitada, resulta necesario recurrir a su producción a escala industrial para su uso en distintas aplicaciones.
La producción de XOS resulta, por tanto, una estrategia prometedora para el aprovechamiento de biomasas abundantes y de bajo coste. En este contexto, la industria cervecera es un sector que genera un gran volumen del residuo conocido como bagazo de cerveza, que es el principal subproducto sólido (≈85 %) de esta industria. A nivel mundial, se producen aproximadamente 39 millones de toneladas anuales de este residuo, lo que lo convierte en un subproducto muy atractivo para obtener XOS de alto valor añadido.
El bagazo de cerveza está formado mayoritariamente por las capas externas e insolubles de la cebada. Su matriz es predominantemente una mezcla de arabinoxilanos, celulosa y lignina además de proteínas, lípidos y compuestos fenólicos. Su abundancia y características estructurales lo posicionan como un subproducto ideal para obtener XOS mediante procesos biotecnológicos. La producción de XOS a partir de biomasa lignocelulósica residual se presenta como una alternativa viable y de bajo coste. Sin embargo, la estructura recalcitrante de estos materiales requiere un procesamiento adecuado que permita liberar y transformar sus componentes.
En el marco del proyecto BIBALIA financiado por la Comunidad de Madrid, la Unidad de Biocombustibles Avanzados y Bioproductos del CIEMAT está abordando el procesamiento de los residuos del sector cervecero para mejorar los rendimientos de obtención de XOS y mejorar su potencial prebiótico. Con este objetivo, se ha diseñado una estrategia de conversión integrada para la producción selectiva de XOS de bajo grado de polimerización (2–5) a partir del residuo cervecero. La metodología está basada en una hidrólisis enzimática secuencial (amilasa, glucoamilasa y proteasa) para retirar el almidón y proteínas del bagazo y así enriquecer el residuo en arabinoxilanos, minimizando otras reacciones secundarias que penalizan el rendimiento de producción durante el tratamiento hidrotérmico posterior y que pueden alterar el producto final. Esta aproximación permite recuperar en la fracción soluble resultante los componentes hemicelulósicos donde se encuentran los XOS. En general, la estrategia de bioprocesamiento estudiada ha mostrado mejorar el procesado del subproducto de la industria cervecera para obtener un producto de alto valor añadido como los XOS, respaldando la necesidad de desarrollar estrategias de valorización eficientes para los residuos agroindustriales.
Contacto: Cristina Álvarez (cristina.alvarez@ciemat.es); Antonio David Moreno (david.moreno@ciemat.es) y María José Negro (mariajose.negro@ciemat.es).
