Inmovilización de levaduras en residuos lignocelulósicos para la producción de etanol en biorreactor de lecho empacado

  • Lina María Agudelo-Escobar Universidad de Antioquia
  • Uriel Salazar-Álvarez Universidad de Antioquia
  • Mariana Peñuela Universidad de Antioquia

Abstract

El presente estudio se ha orientado hacia el desarrollo de un proceso de inmovilización de células de levaduras en residuos de materiales lignocelulosicos y a su evaluación en la producción de etanol mediante el uso de biorreactores de lecho empacado. Se evaluaron cuatro diferentes residuos de materiales lignocelulosicos: viruta de madera, bagazo de caña, tusa y capacho de maíz. La caracterización realizada permitió establecer las diferencias estructurales microscópicas que presentan los cuatro materiales, al igual que las diferencias en composición de lignina, celulosa, hemicelulosa y cenizas. Se desarrolló un protocolo para el acondicionamiento de los materiales y una metodología de cuantificación de biomasa inmovilizada. Se realizó un diseño experimental para determinar el efecto del tamaño de los materiales lignocelulósicos en la inmovilización celular y para establecer el efecto del caudal empleado en el proceso de inmovilización en los biorreactores de lecho empacado. Bajo las condiciones experimentales establecidas se determinó el tamaño y caudal que mejor estabilidad operacional proporcionaron a la fermentación en el biorreactor de lecho empacado.
Como resultado del estudio se obtuvo que el material en el que se inmovilizó mayor cantidad de células de levadura fue el bagazo de caña, se obtuvo un valor de biomasa seca inmovilizada de 0,04657 gX/gS (gramos de biomasa por gramos de material lignocelulósico empleado). Esta cantidad de biomasa inmovilizada es significativa comparada con los valores reportados por otros autores. Como resultado del diseño experimental de la influencia del caudal y el tamaño del soporte en la inmovilización se pudo establecer que no existe diferencia estadística significativa en el rango de valores empleados en la experimentación (tamaño de 3,4, 6,7 y 10 mm y caudal de 0,36, 1,6 y 3,33 ml/s), así que las mejores condiciones para la inmovilización celular pudieron ser establecidas teniendo en cuenta las condiciones operacionales y estabilidad del sistema, el tamaño de soporte empleado fue de 3,4 mm y el caudal de 0,36 ml/s. En las fermentaciones realizadas en los biorreactores de lecho empacado con el biocatalizador (soporte + levaduras), se logró obtener un aumento en la cantidad de células inmovilizadas hasta un valor de 0,1444 ± 0,0061 gramos de biomasa inmovilizada después de 12 horas de fermentación. La producción de etanol empleando estos biocatalizadores alcanzó un valor de 20 g/L en 12 horas de fermentación por lote, es decir, una productividad volumétrica de 1,67 g/Lh. os resultados obtenidos han permitido establecer el potencial de la implementación de la producción de etanol mediante fermentaciones en continuo con células inmovilizadas en residuos de materiales lignocelulosicos.

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References

L. Mojovic, S. Nikolic, M. Rakin, M. Vukasinovic. “Production of bioethanol from corn meal hydrolyzates”. Fuel. Vol. 85. 2006. pp. 1750-1755.

L. Chaparro, M. Cuervo, J. Gómez, M. Toro. Releases to the environment in Colombia. IDEAM web publications. Disponible en: http://www.ideam.gov. co/publica/index4.htm. Consultado el 10 de Julio de 2009.

M. Krishnan, F. Taylor, B. Davison, N. Nghiem. “Economic analysis of fuel ethanol production from corn starch using fluidized-bed bioreactors”. Bioresource Technology. Vol. 75. 2000. pp. 99-105

Ministerio de Minas y Energía. Biocombustibles. Memorias al Congreso Nacional. 2005-2006. pp 62- 66.

R. Wendhausen, A. Fregonesi, P. Moran, I. Joekes, J. Rodrigues, E. Tonella, K. Althoff. “Continuous Fermentation of Sugar Cane Syrup Using Immobilized Yeast cells”. Journal of Bioscience and Bioengineering. Vol. 91. 2001. pp. 48-52.

Q. Jiang, S. Yao, L Mei. “Tolerance of Immobilized Baker’s Yeast in Organic Solvents”. Enzyme Microbiology and Technology. Vol. 30. 2002. pp.721- 725.

J. Hallsworth. “Ethanol-induced Water Stress in Yeast”. Journal of Fermentation and Bioengineering. Vol. 85. 1998. pp.125-137.

D. Serp. From Whole Cell Immobilization: Practical Insight To Tools Applications. PhD Thesis. École Polytechnique Fédérale De Lausanne. Switzerland. 2002. pp. 1-50.

L. Kurillová, P. Gemeiner, A. Vikartovská, H. Mikov, M. Rosenberg, M. Ilavsky. “Calcium pectate gel beads for cell entrapment. 6. Morphology of stabilized and hardened calcium pectate gel beads with Immobilized cells for biotechnology”. Journal of Microencapsulation. Vol. 17. 2000. pp. 279-296.

V. Martins dos Santos, E. Leenen, M. Rippoll, C. Sluis, T. Vliet, J. Tramper, R. Wijffels. “Relevance of rheological properties of gel beads for mechanical Their Stability in bioreactors”. Biotechnology and Bioengineering. Vol. 56. 1997. pp. 517-529.

C. Champagne, C. Lacroix, I. Sodini-Gallot. “Immobilized cell technologies for the dairy industry”. Critical Reviews in Biotechnology. Vol. 14. 1994. pp. 109-134.

J. Vasconcelos, C. Lopes, F. França. “Continuous Ethanol Production Using Immobilized Yeast On Sugar-Cane Stalks”. Brazilian Journal of Chemical Engineering. Vol. 21. 2004. pp. 357 - 365.

Y. Kourkoutas, C. Psarianos, A. Koutinas, M. Kanellaki, I. Banat, R. Marchant. “Continuous Whey Fermentation Using Kefir Yeast Immobilized on Delignified Cellulosic Material”. Journal of Agricultural of Food Chemistry. Vol. 50. 2002. pp. 2543-2547.

S. Plessas, Y. Kourkoutas, C. Psarianos, M. Kanellaki, A. Koutinas. “Continuous baker’s yeast production using orange peel as Promoting support in the bioreactor”. Journal of the Science of Food and Agriculture. Vol. 86. 2005. pp. 407 - 414.

T. Brányik, A. Vicente, J. Machado, J. Teixeira. “Spent grains - a new support for brewing yeast Immobilization”. Biotechnology Letters. Vol. 23. 2001. pp. 1073-1078.

G. Dragone, S. Mussatto, J. Almeda e Silva. “Influence of temperature on continuous high gravity brewing with yeasts immobilized on spent grains”. European Food Research and Technology. Vol. 228. 2008. pp 257-264.

M. Linko, I. Virkajärvi, N. Pohjala, K. Lindborg, J. Kronlöf, E. Pajunen. Main Fermentation with Immobilized Yeast-A Breakthrough?. Proccedings of the European Brewing Convention Congress. Oxford (USA). 1997. pp. 385-394.

T. Brányik, A. Vicente, P. Dostálek, J. Teixeira. “Continuous Beer Fermentation Using Immobilized Yeast Cell Bioreactor Systems”. Biotechnology Progress. Vol. 21. 2005. pp. 653-663.

G. Vargas, M. Peñuela, M. Echeverri, M. Ortiz, M. Escobar, J. Quintero. “Alcohol production by fermentation using free and immobilized yeast”. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia. No. 22. 2001. pp. 91-97.

G. Millar. “Use of DNS for determination of Reducing Sugar”. Analytical Chemistry. Vol. 3. 1959. pp. 426- 428.

P. Van Soest, J. Robertson, B. Lewis. “Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber and non-starch polysaccharides in Relation to animal nutrition”. Journal of Dairy Science. Vol. 74. 1991. pp. 3583- 3597.

Published
2012-07-30
How to Cite
Agudelo-Escobar L. M., Salazar-Álvarez U., & Peñuela M. (2012). Inmovilización de levaduras en residuos lignocelulósicos para la producción de etanol en biorreactor de lecho empacado. Revista Facultad De Ingeniería Universidad De Antioquia, (62), 66-76. Retrieved from https://revistas.udea.edu.co/index.php/ingenieria/article/view/12459