Obtención de bioetanol 2g a partir de hidrolizados de paja de trigo. Fermentación conjunta de los penta y hexa carbohidratos con pichia stipitis

Resum

INTRODUCCIÓN En la actualidad, la demanda energética global se ha ido incrementando gradualmente por lo que la escasez de petróleo está asegurada en un futuro. Teniendo en cuenta estos aspectos, junto con los medioambientales y económicos, los biocombustibles cobran especial importancia como primera alternativa de sustitución de los derivados del petróleo en automoción. El bioetanol es el biocombustible más comercializado y su producción mundial va a aumentar en el medio plazo. Actualmente, la mayor parte del bioetanol comercializado se genera a partir de caña de azúcar, maíz o granos de cereal (bioetanol de primera generación, 1G), que son materias primas que compiten con la alimentación humana. Por tanto, es necesario desarrollar y optimizar procesos de obtención de bioetanol a partir de materiales lignocelulósicos (bioetanol de segunda generación, 2G), como la paja de trigo, que no compitan en ese sentido. CONTENIDO DE LA INVESTIGACIÓN 1. OBJETIVO El objetivo general del presente estudio es incrementar el rendimiento en la producción de etanol de segunda generación a partir de paja de trigo, mediante el empleo de la levadura Pichia stipitis, que es capaz de metabolizar tanto pentosas como hexosas y por tanto permite un mejor aprovechamiento de las fracciones celulosa y hemicelulosa presentes en el material lignocelulósico (paja de trigo). 2. ETAPAS - PRETRATAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA: Se estudian dos pretratamientos diferentes: uno de tipo físico-químico como la explosión de vapor y otro de tipo químico como es la ozonolisis. En esta etapa, se determinan los posibles compuestos tóxicos que pudieran generarse en dichos pretratamientos. -SACARIFICACIÓN: Se realiza una hidrólisis enzimática de la materia prima utilizando una mezcla compleja de celulasas y beta-glucosidasas, para liberar de la materia lignocelulósica los sacáridos fermentables. -FERMENTACIÓN: Se optimiza el proceso de fermentación utilizando la levadura Pichia stipitis llevando a cabo ensayos que informen de su crecimiento y de su capacidad de utilización conjunta de los hexa y penta sacáridos para la generación de etanol. Se analiza la influencia de los inhibidores generados durante los pretratamientos en el proceso de fermentación en cuanto al rendimiento y productividad de bioetanol. Además, se analiza la influencia del aporte de aireación limitada en el proceso, con objeto de reducir el tiempo de fermentación y aumentar los rendimientos de etanol. CONCLUSIÓN 1. Ambos pretratamientos, tanto explosión de vapor como ozonolisis, se muestram efectivos al alterar la estructura de la materia prima, solubilizando la fracción hemicelulósica o la lignina, respectivamente. 2. El porcentaje de obtención de glucosa como azúcar fermentable, un valor medio de 72% con respecto a la glucosa presente de la materia prima, es superior en el caso de emplear explosión de vapor, sin embargo, el porcentaje de recuperación de xilosa como azúcar fermentable , un valor medio de 52% con respecto a la xilosa presente en la materia prima, es más elevado en el caso de emplear ozono. 3. La levadura Pichia stipitis es capaz de fermentar hidrolizados de paja de trigo explotada y ozonizada, presentando buenos rendimientos de obtención de etanol en ambos casos. Sin embargo, los mejores resultados se han obtenido a partir de paja de trigo explotada (0,45 g etanol/ g azúcar consumido, 80,2% de rendimiento teórico de etanol). En todos los casos, la levadura presenta un comportamiento diaúxico consumiendo de forma preferente glucosa y posteriormente xilosa. 4. El empleo de aireación limitada produce un aumento en la producción de etanol, 32% en el caso de hidrolizados de trigo explotados y un 29% en el caso de hidrolizados de trigo ozonizados. BIBLIOGRAFÍA Bellido C., Bolado, S., Coca, M., Lucas, S., González-Benito, G., García-Cubero, M.T., 2011. Effect of inhibitors formed during wheat straw pretreatment on ethanol fermentation by Pichia stipitis. Bioresource Technology 102, 10868-10874. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2011.08.128 Bellido C., González-Benito, G., Coca, M., Lucas, S., García-Cubero, M.T., 2013. Influence of aeration on bioethanol production from ozonized wheat straw hydrolysates using Pichia stipitis. Bioresource Technology 133, 51-58. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2013.01.104