Producción de bioetanol a partir de tallos de yuca

Abstract

Resumen: Para mitigar los efectos ambientales y económicos de fuentes no renovables de energía, a nivel mundial se ha impulsado el uso de materiales renovables que no presenten problemas de seguridad alimentaria. De esta forma los materiales lignocelulósicos se han convertido en el objetivo de investigación de la comunidad científica que trabaja en la producción de etanol. Sin embargo, la estructura compleja de los materiales lignocelulosicos, hace difícil el acceso a los azúcares fermentables, por lo tanto, se implementa un pretratamiento adecuado, junto a estrategias de sacarificación y fermentación eficientes. Uno de estos materiales lignocelulósicos proviene del cultivo de yuca, el cual genera 96,2% de residuos sólidos al año, entre los que se incluyen los tallos de yuca que representan el 40% de la planta y que en su mayoría son desechados en el ambiente. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar la producción de etanol de tallos de yuca de la variedad Copiblanca de la región de Urabá, Antioquia. Se evaluaron los efectos de los factores sobre la digestibilidad enzimática en los pretratamientos hidrotérmico y ácido diluido utilizando como variable respuesta el rendimiento de azúcares (glucosa+xilosa)g/g biomasa inicial. Siendo el porcentaje de sólidos significativo para el pretratamiento hidrotérmico con un R2 de 0,74, y la temperatura significativa para el pretratamiento ácido diluido con un R2 de 0,80. El pretratamiento ácido reportó el mejor rendimiento de azúcares fermentables y sus condiciones óptimas fueron 0,85% de H2SO4 y 164°C con rendimientos de 0,67g azúcares (xilosa+glucosa)/g biomasa inicial y digestibilidad enzimática de 26,75%. También se evaluó la producción de etanol utilizando como estrategia de fermentación la Hidrólisis y Fermentación independiente (HFI) con una cepa modificada genéticamente de E.coli (MS04) con la capacidad de fermentar tanto hexosas como pentosas. En la HFI con E. coli, la mayor producción de etanol fue de 8,87g/L a las 24 horas, con rendimiento de 94% de etanol. Finalmente, se evaluó el efecto de la carga enzimática y concentración del inóculo en la Sacarificación y Fermentación Simultánea (SFS) usando Saccharomyces cerevisiae (Ethanol Red), siendo estos efectos significativos sobre la producción de etanol y teniendo un R2 de 0,95. En la SFS se obtuvo a las 24 horas de fermentación 1,09g/L de etanol con rendimiento de 18,5%. Se evidenció los mejores resultados en HFI con E. Coli.

Abstract: The enviromental and economic effects relief from non-renewable energy sources, It has been promted the renewable materials use, which do not have safety food problems. Nowadays, the lignocellulosic materials have become the principal goal in the scientific community for ethanol production. However, its complex structure makes it difficult the access to the fermentable sugars. For this reason, it is necessary not only an appropiate pretreatment implementation but also efficients saccharification and fermentation strategies. One of these lignocellulosic materials comes from cassava, which generates 96,2% of solid waste, including cassava stems which represents 40% of the plant and most of them are discarded in the environment. The aim of this study was to evaluate the ethanol production from cassava stems, especially the Copiblanca variety from Urabá, Antioquia. Moreover, there were evaluated the factors’ effects about the enzymatic digestibility of hydrothermal and dilute acid pretreatments using as response variable yields of sugars (glucose + xylose)g/g initial biomass. For being significant the solids percentage for hydrothermal with a R2 of 0,74, and for being significant the temperature for dilute acid with a R2 of 0,80. The acid pretreatment reported the best performance of fermentable sugars and its optimum conditions were 0,85% H2SO4 and 164°C with yields 0,67g sugars (xylose + glucose)/g initial biomass and enzymatic digestibility of 26.75%. Also, it was evaluated the ethanol production using the Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF) with a genetically modified strain of E.coli (MS04) with the ability to ferment hexoses and pentoses. In the SHF with E.coli, the maximum ethanol production was 8,87g/L at 24 hours, with an ethanol yield of 94%. Finally, it was evaluated the enzyme loading and inoculum concentration effect, using Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) with Saccharomyces cerevisiae (Ethanol Red), those were significant in ethanol production with a R2 of 0,95. In the SFS, was obtained 1,09g/L of ethanol with an ethanol yield of 18,5%. Clearly, the best fermentation results were with E.coli.