Evaluación y selección de microorganismos para la producción de etanol a nivel industrial

Abstract

Este trabajo presenta un estudio de la fermentación etanólica empleando melaza de caña de azúcar como sustrato y una cepa aislada de Saccharomyces cerevisiae. Se analizan aspectos teóricos sobre fermentaciones y se presentan algunas técnicas de mejoramiento de microorganismos para su uso en procesos fermentativos. El efecto de la concentración de azúcares totales en el sustrato, la temperatura de fermentación y el pH inicial del medio sobre la productividad de etanol y la viabilidad celular fue evaluado simultáneamente mediante la implementación de un diseño factorial. Los resultados permitieron establecer que las variables más influyentes sobre la productividad de bioetanol son la concentración de azúcares del medio y la temperatura de fermentación. La cepa aislada presentó un mejor comportamiento que la cepa alcohólica ATCC 9763, utilizada en este trabajo como levadura de referencia, y en el rango de valores experimentales se alcanzaron porcentajes de eficiencia de bioetanol entre 61.87% y 95.87%. Las mejores condiciones fueron 22°Bx y 32°C de acuerdo con la metodología de superficies de respuesta (MSR). Expresiones matemáticas para la predicción de la productividad de etanol, la generación de biomasa y la eficiencia del proceso fueron calculadas y la correlación indicó que el modelo representa adecuadamente las variables seleccionadas. Dos condiciones de operación fueron evaluadas experimentalmente a nivel piloto (i.e., 1 L y 300 L) y mediante simulación de procesos. Los resultados permitieron establecer la viabilidad energética y económica de procesos realizados a temperaturas elevadas y la adaptación de la cepa aislada a estas condiciones. Este comportamiento permite catalogar esta cepa como una levadura termotolerante. Los resultados obtenidos permitieron establecer que los criterios principales seleccionados en el diseño factorial pueden ser generalizados a escalas mayores. Por esta razón, y apoyado en criterios teóricos, se plantea un protocolo de selección de microorganismos aplicado a diferentes escenarios (Texto tomado de la fuente)

A study of ethanolic fermentation using sugarcane molasses as substrate and an isolated yeast strain of Saccharomyces cerevisiae is presented. The analysis of fermentation processes and a review of techniques for development of new microorganisms are also showed. The effect of total sugar concentration in the substrate, the fermentation temperature and the initial medium pH on the ethanol productivity and cell viability were simultaneously evaluated by implementing a factorial experimental design. The results indicate that the most influential variables on the productivity of bioethanol are the concentration of sugars in the medium and the fermentation temperature. The isolated strain presented a better performance than the alcoholic strain ATCC 9763, used in this work as reference yeast with efficiencies of bioethanol production between 61.87% and 95.87% of the theoretical value. The best fermentation conditions were 22°Bx and 32°C according to the response surface methodology (RSM) results. Mathematical expressions for the prediction of the bioethanol productivity, biomass generation and product yielding were calculated and the correlation attained indicated that the model adequately represents the selected variables. Two conditions of high bioethanol yielding were evaluated at pilot level (i.e., 1 L and 300 L) and using process simulation. The results show the energetic and economical profitability of the processes performed at elevated temperatures and the good adaptation of the isolate strain to these conditions. The isolated strain could be catalogued as a thermotolerant strain since it reached high levels of efficiency at 38°C. The obtained results demonstrate that the criteria selected in the factorial design can be generalized to larger scales. For this reason, and supported by theoretical approaches, a protocol for the selection of microorganisms applied to different scenarios are presented.