Evaluación del potencial fermentativo de levaduras nativas para la producción de etanol a partir de mieles de caña de azúcar

Abstract

El objetivo de esta investigación fue evaluar y seleccionar cepas de levadura nativas del área de Puerto López Meta con alta producción de etanol a partir de miel de caña de azúcar con el fin de ser utilizadas en el proceso industrial de alcohol carburante. Trece cepas nativas fueron caracterizadas respecto a tolerancia a etanol, temperatura y eficiencia de fermentación, y comparadas con la cepa comercial Ethanol Red Fermentis. Se seleccionaron las cepas de levaduras nativas 206-9 y 119-3 al no ver afectado su crecimiento a temperaturas superiores a los 35°C, concentraciones de etanol hasta del 12 %v/v, ni su eficiencia de fermentación al emplear una concentración inicial de ART de 220 g/L. Con el fin de establecer el efecto de la concentración de sustrato, temperatura y pH sobre la concentración de etanol de las cepas nativas seleccionadas se realizó un diseño experimental con el método de superficie de respuesta. Los parámetros evaluados fueron: concentración de sustrato (150 a 220 g / L), temperatura (30-40 ° C) y pH (3,8 a 5). Los resultados permitieron establecer que la variable más influyente sobre la concentración de etanol fue la concentración de azúcares iniciales en el medio. Se encontró que, a las mejores condiciones en el intervalo evaluado, la concentración de etanol para la cepa 206-9 fue de 74,7 g/L a 40°C, pH de 5 y concentración inicial de ART de 206,7 g/L. Para la cepa 119-3 la mayor concentración de etanol fue de 80,5 g/L a condiciones experimentales de 40°C, pH de 5 y concentración inicial de ART de 220 g/L. Adicionalmente se evaluó la capacidad de producción de etanol en fermentaciones tipo batch, utilizando como sustrato miel y vinaza de caña y se exploró la reutilización de biomasa con cuatro ciclos de uso. El incremento en la concentración de vinaza hasta 60 %p/p en la fermentación alcohólica redujo la eficiencia de fermentación a 9±0.03% para la cepa 119-3 mientras que para la cepa 206-9 fue de 2±0.01%. La pérdida de viabilidad celular de la cepa 119-3 fue 9 ±3% menor comparada con la cepa 206-9 al realizar cuatro ciclos de recirculación de biomasa. A pesar de lo anterior, la concentración de etanol no se vio afectada de forma significativa en cada uno de los ciclos de recirculación.

Abstract In this study, a systematic analysis was performed to select wild yeast strains isolated from Puerto Lopez, Meta (Colombia) with high ethanol yield using sugarcane syrup as substrate for ethanol production. The ethanol and temperature tolerance, and ethanol yield of thirteen wild yeasts were investigated and compared with the commercial yeast strain Ethanol Red Fermentis. The wild yeast strains 206-9 and 119-3 were identified as Saccharomyces cerevisiae by the PCR-amplification of the delta regions. They were selected on the basis of their abilities to growth at temperatures of 35°C, their ethanol tolerance up to 12% v/v, and fermentation efficiency similar to the commercial strain at 220 g/L Total Reducing Sugar (TRS). In order to study the influence of fermentation parameters on ethanol production by the two wild yeast strain selected an experimental design based on response surface methodology was conducted. The following parameters were evaluated: substrate concentration (150-220 g/L), temperature (30-40 oC) and pH (3.8-5). Based on the results, sugar concentration had significant effect on ethanol concentration (p 0,05). The other parameters as temperature and pH did not affect ethanol production for both wild yeast strains. The final selected conditions for wild yeast strains, 206-9 and 119-3 were: 40oC; initial pH of 5 and 206.7 g/L TRS for a fermentation time of 24 h. Ethanol final concentration was 74.7 g/L and 80.5 g/L, respectively. A fraction of the water to the fermenter was replaced by vinasse obtained from ethanol distillation of fermented sugarcane syrup. Cell recycled was performed simultaneously. A concentration of vinasse up to 60% w/w decreased ethanol efficiency in a 9±0.03% for strain 119-3 and 2 ±0.01% for 206-9. Cellular viability of strain 119-3 was 9 ±3 % lower than 206-9 yeast strain after performing four recycles. Ethanol production was not significantly affected by the recycles of biomass (p 0.05).