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7Biorefinery of Schisandra chinensis Vine Waste: An Integrated Green Process Coupling Deep Eutectic Solvent Extraction with Electrodialysis for Lignan Recovery

Este estudio establece un proceso de biorrefinería integrado y sostenible que combina el pretratamiento con agua, la extracción con solventes eutécticos profundos asistida por ultrasonido y la electrodiálisis para recuperar eficientemente lignanos de alto valor a partir de desechos de la vid de *Schisandra chinensis* con rendimientos significativamente mejorados en comparación con los métodos convencionales.

Autores originales: Changhai Sun, Yumeng Zhang, Huinan Cui, Ping Xiu, Pingyuan Wang, Xinran Zhang

Publicado 2026-09-02

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CC BY 4.0

Autores originales: Changhai Sun, Yumeng Zhang, Huinan Cui, Ping Xiu, Pingyuan Wang, Xinran Zhang

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

En el mundo de la medicina y la nutrición basadas en plantas, un desafío común es cómo extraer compuestos valiosos de material vegetal resistente sin utilizar productos químicos agresivos o desperdiciar energía. Las plantas están construidas de fibras robustas que mantienen sus ingredientes útiles fuertemente sujetos, de forma muy similar a como una caja fuerte contiene su contenido. Para extraer esos ingredientes, los científicos suelen recurrir a los disolventes, que son líquidos diseñados para disolver sustancias específicas. Los métodos tradicionales dependen con frecuencia del agua o el alcohol, pero estos pueden ser ineficientes para ciertos compuestos vegetales aceitosos o dejar residuos que no son seguros para la alimentación y la medicina. Recientemente, ha surgido una nueva clase de líquidos llamados disolventes eutécticos profundos como una alternativa más ecológica. Estos son mezclas de sustancias comunes y seguras que se funden juntas para formar un líquido capaz de disolver materiales difíciles, ofreciendo una forma de extraer recursos valiosos evitando los desechos tóxicos.

Investigadores de la Universidad de Jiamusi en China han aplicado este concepto a un problema agrícola específico: los residuos que quedan tras la cosecha del fruto de la planta Schisandra chinensis. Esta planta, conocida por sus bayas utilizadas en alimentos saludables y medicina tradicional, produce tallos y vides que suelen desecharse. Estas vides descartadas son en realidad ricas en lignanos, un grupo de compuestos naturales conocidos por su capacidad para calmar el sistema nervioso, proteger el hígado y combatir el estrés oxidativo. El objetivo del estudio era crear un proceso limpio y eficiente para extraer estos valiosos lignanos de las vides de desecho, recuperar el líquido de extracción para su reutilización y asegurar que el producto final sea lo suficientemente puro para aplicaciones de alto valor.

El equipo comenzó probando un tipo específico de disolvente verde hecho de glicina, un aminoácido que se encuentra en las proteínas, y ácido láctico, un conservante alimentario común. Mezclaron estos dos ingredientes de grado alimentario en una proporción específica para crear un líquido que pudiera disolver eficazmente los lignanos aceitosos atrapados dentro de los resistentes tallos de la vid. Para que el proceso fuera aún más efectivo, introdujeron una estrategia de dos pasos. Primero, trataron los tallos de la vid secos y molidos con agua pura. Este pretratamiento inicial con agua actuó como un agente de hinchamiento suave, ablandando las paredes celulares de la planta y lavando la "basura" soluble en agua, como azúcares y proteínas, que podrían interferir con el siguiente paso. Una vez que el material fue pretratado y secado, aplicaron la mezcla de glicina y ácido láctico utilizando ondas de ultrasonido para ayudar al líquido a penetrar profundamente en las fibras vegetales.

Los resultados mostraron que este enfoque combinado era muy superior a los métodos estándar. Cuando los investigadores compararon su método de dos pasos (agua y disolvente) frente al uso de solo alcohol o solo agua, la diferencia fue drástica. El nuevo método produjo 2,5 veces más de los compuestos objetivo que la extracción estándar con alcohol y 1,6 veces más que el uso del disolvente por sí solo. El pretratamiento con agua fue la clave; al aflojar primero la estructura de la planta, permitió que el disolvente especializado alcanzara los lignanos con mucha mayor facilidad. Mediante pruebas cuidadosas de diferentes variables, el equipo determinó que las mejores condiciones implicaban remojar el material vegetal durante 40 minutos a una temperatura de 40 grados Celsius, con una proporción específica de polvo de planta a líquido. Bajo estas condiciones, extrajeron con éxito cantidades significativas de cinco tipos diferentes de lignanos, incluyendo el schisandrol A y la schisandrina B.

Sin embargo, extraer los compuestos es solo la mitad de la batalla. Si el producto final contiene el disolvente, no puede utilizarse en alimentos o medicinas. Los investigadores necesitaban una forma de eliminar la glicina y el ácido láctico sin perder los valiosos lignanos ni crear nuevos desechos. Recurrieron a una técnica llamada electrodiálisis, que utiliza la electricidad para mover partículas cargadas a través de membranas especiales. En esta configuración, el líquido que contenía los lignanos extraídos y el disolvente se colocó en una cámara central. Cuando se aplicó una corriente eléctrica, los componentes cargados del disolvente —la glicina y el ácido láctico— migraron fuera del centro hacia cámaras laterales separadas, dejando atrás las moléculas de lignano neutras. Este proceso recuperó con éxito más del 92 por ciento de la glicina y casi el 87 por ciento del ácido láctico. Crucialmente, los lignanos permanecieron en la cámara central, lo que resultó en un extracto limpio.

El estudio confirmó que el disolvente recuperado podía mezclarse de nuevo y utilizarse con casi la misma efectividad que un lote nuevo, demostrando que el proceso podía funcionar en un ciclo cerrado sin la generación constante de desechos. El extracto final, ahora libre del disolvente y rico en lignanos, fue probado por su capacidad para neutralizar radicales libres dañinos, una medida clave de la potencia antioxidante. El extracto mostró una fuerte actividad, confirmando que el proceso suave y ecológico preservó el valor biológico de los compuestos. Al convertir los desechos agrícolas en una fuente de productos naturales de alto valor, este método integrado ofrece un modelo sostenible para el futuro del procesamiento de biomasa, demostrando que lo que antes se consideraba basura puede transformarse en un recurso mediante una química inteligente y limpia.

Resumen Técnico: Biorrefinería Verde Integrada de Residuos de la Vid de Schisandra chinensis

Planteamiento del Problema
Schisandra chinensis (Turcz.) Baill. es una planta medicinal valiosa; sin embargo, sus tallos y vides —subproductos primarios de la cosecha de frutos— se descartan habitualmente como desechos agrícolas. Esta eliminación representa una pérdida de recursos bioactivos valiosos, específicamente los lignanos de dibenzociclooctadieno (p. ej., esquisandrol A/B, esquisandrina A/B/C), que poseen propiedades sedantes, hepatoprotectoras y antioxidantes. Los métodos de extracción convencionales utilizando agua o etanol enfrentan limitaciones significativas: el agua es ineficiente debido a la naturaleza hidrofóbica de los lignanos, mientras que el etanol plantea preocupaciones respecto a los residuos de solventes orgánicos y la seguridad alimentaria. Existe una necesidad urgente de tecnologías eficientes, verdes y sostenibles para valorizar esta biomasa lignocelulósica sin comprometer la pureza del producto o la seguridad ambiental.

Metodología
El estudio desarrolló un proceso de biorrefinería integrada que acopla la extracción con Solventes Eutécticos Profundos (DES, por sus siglas en inglés) con la electrodialisis para la recuperación de solventes. La metodología procedió a través de las siguientes etapas:

Selección y Optimización de DES: Se evaluaron siete sistemas de DES diferentes. Se seleccionó un DES de glicina–ácido láctico (relación molar 1:3) como el solvente óptimo. Los parámetros de extracción se optimizaron sistemáticamente mediante diseños experimentales estadísticos:
- Tamizaje: Un diseño de Plackett–Burman (PB) identificó los factores significativos que afectan el rendimiento.
- Optimización: Un Diseño de Box–Behnken (BBD) con Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) refinó las condiciones de tiempo de ultrasonido, temperatura y relación sólido–líquido.
- Estrategia Sinérgica: Se comparó un método de dos pasos de "pretratamiento con agua–DES" frente a la extracción de paso único con DES, agua y etanol. El pretratamiento con agua consistió en la extracción ultrasónica con agua desionizada para romper las paredes celulares y eliminar impurezas polares antes de la aplicación del DES.
Cuantificación Analítica: Se cuantificaron cinco lignanos marcadores mediante HPLC. Para asegurar una evaluación integral, se empleó un Proceso de Jerarquía Analítica (AHP) para asignar coeficientes ponderados a cada lignano basados en su actividad farmacológica y significancia clínica, creando un "puntaje integral ponderado" como la variable de respuesta principal.
Recuperación de Solvente: Se utilizó un sistema de electrodialisis de tres compartimentos para separar y recuperar los componentes de glicina y ácido láctico del extracto. Este proceso tuvo como objetivo eliminar el solvente manteniendo las moléculas neutras de lignano en el compartimento de alimentación.
Validación: El DES reconstituido (utilizando los componentes recuperados) fue probado para su reutilización. La capacidad antioxidante del extracto final se evaluó mediante ensayos de eliminación de radicales DPPH y ABTS.

Resultos Clave

Eficiencia de Extracción: El método de dos pasos de pretratamiento con agua–DES superó significativamente a todos los controles. Produjo 1.6 veces más lignanos que la extracción de DES de un solo paso, 2.5 veces más que la extracción convencional con etanol al 70%, y 3.5 veces más que la extracción con agua.
Condiciones Óptimas: La optimización por RSM identificó los parámetros ideales de extracción como: tiempo de ultrasonido de 40 minutos, temperatura de 40 °C y una relación sólido–líquido de 1:20 g·mL⁻¹. El modelo demostró una alta confiabilidad con un $R^2$ de 0.9778.
Recuperación de Solvente: La electrodialisis logró una separación selectiva, recuperando el 92.97% de la glicina y el 86.98% del ácido láctico en 120 minutos. Crucialmente, las moléculas de lignano eléctricamente neutras se retuvieron eficazmente en el compartimento medio con una pérdida mínima.
Reutilización: El DES regenerado (reconstituido a partir de los componentes recuperados) mantuvo un rendimiento de extracción comparable al del DES fresco, alcanzando el 93–94% del rendimiento original para los principales lignanos.
Bioactividad: El extracto de lignano resultante demostró una fuerte actividad antioxidante dependiente de la concentración, con tasas de eliminación de DPPH y ABTS que alcanzaron el 89.15% y 85.41%, respectivamente, a una concentración de 1.0 mg·mL⁻¹.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que este estudio establece una estrategia escalable y sostenible de "extracción verde–recuperación eficiente" para convertir los residuos de la vid de S. chinensis, actualmente subutilizados, en productos de alto valor de lignanos. La significancia del trabajo radica en tres áreas principales:

Innovación de Procesos: La integración del pretratamiento con agua con la extracción de DES de glicina–ácido láctico crea un efecto sinérgico que supera la resistencia a la transferencia de masa de la biomasa lignocelulósica, ofreciendo una alternativa superior a los solventes orgánicos convencionales.
Economía Circular: El acoplamiento exitoso de la extracción con la electrodialisis permite un ciclo cerrado de solventes. Al recuperar y reutilizar los componentes del DES sin contaminación secundaria o solventes orgánicos adicionales, el proceso se alinea con los principios de la bioeconomía circular.
Calidad del Producto: El método produce extractos de lignano de alta pureza con una potente actividad antioxidante, adecuados para aplicaciones nutracéuticas y de alimentos funcionales, eliminando al mismo tiempo los riesgos asociados con los residuos de solventes orgánicos.

El artículo concluye que este enfoque integrado proporciona un modelo técnico práctico para la valorización de alto valor de los subproductos agrícolas, contribuyendo al avance de las tecnologías de biorrefinería verde.

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