Lúpulo, el escudo invisible del campo leonés

En el laboratorio de Villarejo de Órbigo, el aroma intenso del lúpulo leonés no anuncia una nueva remesa de cerveza. Aquí, entre probetas y pipetas, los investigadores del Instituto Tecnológico Agrario de Castilla y León (Itacyl) extraen la armadura biológica de la planta. Lo que hasta ayer era la materia prima para elaborar una bebida milenaria como la cerveza, hoy es la clave para que los productos industriales sean resistentes frente a bacterias.

Desde hace un tiempo la industria de los revestimientos y recubrimientos industriales se ha visto obligada a transicionar, por la normativa a reducir el contenido de compuestos volátiles, hacia sistemas desarrollados a partir de agua. Sin embargo, incluso en los productos etiquetados como ‘respetuosos con el medio ambiente’, su contenido biológico sigue siendo entre un 30 o un 40%. Por ello, existe un verdadero reto en sustituir las resinas de origen fósiles por otras más sostenibles, con base biológica, que cumplan al menos las mismas prestaciones. En este sentido, la lignina se posiciona como un producto muy interesante, ya que es abundante en la naturaleza y se encuentra infrautilizado. El desarrollo de aplicaciones que incrementen su uso podría proporcionar no solo beneficios económicos, sino también medioambientales. Para ello, el proyecto Lignicoat ha demostrado la viabilidad técnica y económica de este producto como materia prima para la producción de biorresinas con diferentes aplicaciones en el campo de los recubrimientos funcionales y sostenibles.

Esta investigación supone un hito en la transición de la industria hacia un modelo de economía circular para demostrar que es posible sustituir derivados del petróleo por materias primas de origen natural en sectores de alta exigencia técnica como el de los recubrimientos. Financiado por el programa europeo Horizonte 2020 y el Consorcio Bio-Based Industries (BBI JU) en el marco del Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la UE (acuerdo de subvención n.º 101023342), Lignicoat se ha desarrollado gracias al trabajo de un equipo multidisciplinar de 14 socios. Ha sido coordinado por la Fundación Tecanalia Research and Innovation y se compone de VTT (Finlandia), NORCE (Noruega), AXIA Innovation (Alemania), Westlake Epoxy (Países Bajos), VITO (Bélgica), Vencorex (Francia), Ecoat (Francia), Arditec (Francia), IRIS Coatings (Italia), AEP (Italia), Foresa Technologies (España), Barpimo Coatings (España) y Itacyl, a través del Centro de I+D de Biocombustibles y Bioproductos (CBB) localizado en Villarejo de Órbigo, en León. Entre sus objetivos, destaca el desarrollo de nuevas rutas de modificación química intermedia basadas en lignina para recubrimientos de resina alquílica, la creación de biorresinas basadas en intermedios de lignina, la mejora de la sostenibilidad de los recubrimientos ??en las biorresinas desarrolladas con un rendimiento similar al de las alternativas fósiles, la demostración de funcionalidades específicas de mercado de alto volumen basadas en aditivos a base de lignina y el impulso de la competitividad neta industrial.

El papel del Itacyl, centro dependiente de la Consejería de Agricultura, Ganadería y Desarrollo Rural de la Junta de Castilla y León, en este proyecto se ha basado en la evaluación de las propiedades antimicrobianas de diferentes productos de origen natural que pueden ser recuperados de plantas o residuos vegetales a través del tratamiento físico-químico. Para ello, se han analizado las capacidades antibacterianas y antifúngicas del lúpulo leonés.

La posición de liderazgo de León en el cultivo de lúpulo a nivel nacional explica «su importancia para el desarrollo del proyecto», como recalca el equipo. «En los valles del Órbigo y Tuerto de León se cultiva el 99% del lúpulo de España. Además, la búsqueda de aplicaciones alternativas del lúpulo a su uso en el sector cervecero puede incrementar la superficie actual de cultivo, contribuyendo a la generación de la riqueza en la zona», explica Rebeca Díez, responsable del Centro.

Durante el proyecto, se ha desarrollado y optimizado un proceso de extracción, fácilmente escalable, que permite recuperar los compuestos de alto valor del lúpulo mediante la separación de las distintas corrientes (resinas blandas, resinas duras y sólido agotado) a partir de seis variedades de lúpulo cultivadas en la Ribera del Órbigo: Nugget, Cascade, Columbus, Fugget, Magnum y Chinook. Asimismo, se han estudiado las propiedades antimicrobianas de los extractos fraccionados obtenidos a partir de estas variedades, así como aceites esenciales de lúpulo y de otros 21 compuestos naturales presentes en plantas aromáticas y medicinales.

Posteriormente, uno de los socios de Lignicoat ha incorporado los aditivos antimicrobianos obtenidos del lúpulo, creados por el Itacyl, para el desarrollo de biorresinas con el objetivo de mejorar sus propiedades antimicrobianas. Los resultados obtenidos han mostrado que los extractos fraccionados tienen propiedades antibacterianas y las resinas blandas, con alto contenido en a-ácidos y ß-ácidos, son las que tienen mayor eficacia frente a la inhibición del crecimiento de las dos bacterias testadas (E. coli y S.aureus).

La importancia de Lignicoat reside en la propuesta de desarrollo de materiales eco-innovadores a partir de biomasa lignocelulósica para obtener recubrimientos sostenibles de origen biológico, considerando la disponibilidad y la huella de carbono de los recursos. Como explican sus responsables, «el proyecto busca aumentar el contenido de origen biológico de los recubrimientos, garantizando al mismo tiempo su rendimiento y proporcionando propiedades anticorrosivas, ignífugas y antimicrobianas». «La validación de los recubrimientos sostenibles a base de lignina se ha realizado en un entorno industrial con la colaboración de empresas privadas relevantes», exponen los investigadores.

Para el desarrollo de bio-resinas con bio-aditivos antimicrobianos obtenidos a partir del lúpulo, el principal hándicap ha sido la solubilidad. «Las distintas fracciones del lúpulo, especialmente las resinas blandas con propiedades antibacterianas mayores son muy hidrófobas por lo que ha habido que buscar disolventes alternativos como el etanol. Afortunadamente, hemos demostrado que la concentración de resinas blandas del lúpulo, que es necesaria añadir a una bio-resina de recubrimiento industrial para que tenga propiedades antibacterianas, ha sido muy baja», cuenta Ana Isabel Paniagua, técnica en el centro de Villarejo.

Si bien la lignina es un subproducto de gran interés, la conversión de biomasa lignocelulósica en productos reales no es trivial y aún no existen opciones comerciales disponibles. El desarrollo de Lignicoat ofrece nuevas rutas sintéticas para obtener biorresinas a la carta basadas en intermediarios de lignina (polioles, epoxis, fosforilados, poliácidos y carbonatos) para su aplicación en recubrimientos en un entorno industrial relevante.

«Gracias a este proyecto se han desarrollado resinas de recubrimiento basadas en lignina que han logrado alcanzar un porcentaje de material de origen biológico entre el 60 y el 90%. Además, los resultados de este proyecto sientan las bases de la valorización de la lignina y otros recursos naturales, como el lúpulo, mediante procesos viables», exponen los responsables.

Asimismo, Lignicoat impulsa la economía circular al transformar subproductos agroforestales en productos de valor, reducir los residuos y promover un uso más eficiente de los materiales.

Por otro lado, los investigadores han sido capaces de identificar compuestos naturales, concretamente extractos de lúpulo o timol, que pueden hacer frente al creciente desafío de la resistencia a los antibióticos. Esta línea abre la puerta a nuevas oportunidades de investigación para el centro. «Los estudios in vivo también serán cruciales para confirmar la eficacia y la seguridad de estos compuestos en aplicaciones del mundo real. Siguiendo estas vías, se podrá mejorar el desarrollo de nuevos agentes antimicrobianos ecosostenibles y aplicarlos a diferentes industrias», concluye Rebeca Díez.

La investigación ha demostrado que el lúpulo leonés es una fuente excepcional de agentes biocontroladores. Proyectos como Lignicoat que promueven el uso de productos locales, además de generar empleo y contribuir al aumento de la riqueza de la zona, fomentan la reducción de la dependencia a mercados exteriores. En un mundo con cadenas de suministro rotas, depender del lúpulo de la ribera del Órbigo es más seguro que la subordinación a productos extranjeros. Por ello, Lignicoat es un ejemplo de ciencia de kilómetro cero y de cómo el futuro de Europa no se está escribiendo solo en Bruselas, sino que se cultiva en los campos de la provincia de León.