FERMENTACION-ALCOHOLICA.pdf

 

 

 

FERMENTACION ALCOHOLICA‐ BIOETANOL

    1.‐ Definición    La fermentación puede definirse como un proceso de biotransformación en el que se llevan a  cabo  cambios  químicos  en  un  sustrato  orgánico  por  la  acción  de  enzimas  sintetizadas  por  microorganismos  conocidos  como  catalizadores  bioquímicos  o  biocatalizadores,  en  este  caso  capaces de convertir las hexosas del mosto en etanol cuando las condiciones son anaeróbicas.      2.‐ Proceso de producción     El  objetivo  de  la  fermentación  alcohólica  es  la  obtención  de  bioetanol  de  2ª  generación  mediante la fermentación de los azúcares contenidos en los residuos orgánicos.    El 96% de la producción de etanol la llevan a cabo diferentes especies de levaduras debido a su  alta productividad en la conversión de azúcares a etanol y a que se separan mejor después de  la  fermentación.  Entre  las  especies  más  utilizadas  están:  Saccharomyces  cerevisiae,  Saccharomyces  anamensisi,  Saccharomyces  carlsbergensis.  Candida  seudotropicalis,  Candida  bytyrii,  Kluyveromyces  marxianus,  Pichia  stipatis,  Pichia  membranaefaciens  y  Schizosaccharomyces pombe.    Los sistemas biológicos discontinuos para la producción de etanol se inician en aerobiosis, para  obtener la máxima biomasa posible, ya que si las condiciones anaerobias empiezan demasiado  pronto  la  población  no  será  lo  suficientemente  grande  como  para  obtener  una  buena  velocidad de conversión a etanol. Se distinguen por lo tanto dos fases:    

Fase  aerobia:  es  una  fase  de  crecimiento  en  la  cual  la  glucosa  pasa  a  dióxido  de  carbono. 

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Fase anaerobia: es la fase de producción de etanol; la glucosa pasa a etanol y dióxido  de carbono. 

  Incluso  en  la  fase  anaerobia  será  necesaria  una  cierta  presencia  de  oxígeno,  ya  que  las  levaduras  lo  necesitan  para  producir  sus  esteroles  y  sus  ácidos  grasos  insaturados  de  membrana.                   

 

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    La producción de etanol se lleva a cabo en tres etapas:    

Preparación de la solución de nutrientes: 

  Esta  etapa  incluye  todo  el  tratamiento  que  se  requiere  para  extraer  de  la  materia  prima  los  azúcares fermentables a fin de lograr una fermentación sustentable.    Durante la extracción de azúcares los compuestos minerales y orgánicos pasan parcialmente al  mosto,  junto  con  los  azúcares  constituyen  un  excelente  sustrato  para  el  desarrollo  del  biocatalizador. Los más importantes son los fosfatos, las sales de magnesio y de amonio y los  aminoácidos:  asparagina,  glutamina  y  leucina,  que  actúan  como  factores  de  crecimiento  (Crueger y Crueger, 1993).      

Fermentación 

  La fermentación es la etapa principal del proceso, no solo porque en ella se produce el etanol,  sino  porque  se  reproduce  la  masa  fundamental  de  microorganismos  y  además  por  formarse  aquí los productos secundarios.    Para la fermentación además del mosto se requiere un biocatalizador que sea capaz de atacar  enzimáticamente determinados grupos químicos del sustrato, ya sea por hidrólisis, oxidación,  reducción u  otros medios. Los sustratos orgánicos sobre los que actúan los microorganismos  tienen  un  doble  papel:  el  primero  como  fuente  de  nutrientes  para  dicho  biocatalizador  y  el  segundo como fuente de energía.    Mediante  la  acción  de  dichos  microorganismos  o  biocatalizadores,  que  pueden  ser  tanto  levaduras  como  bacterias,  se  transforma  el  azúcar  en  alcohol.  Esto  se  deba  a  que  éstos bajo  condiciones  de  crecimiento  anaeróbico,  tienen  la  habilidad  de  utilizar  la  glucosa  mediante  la  compleja vía de Embden‐Meyerhof‐Parnas  (Baily y Ollis, 1986); a través de esta vía, el piruvato  producido durante el catabolismo es procesado por la piruvato descarboxilasa a acetaldehído y  CO2. Se produce entonces etanol a partir de acetaldehído mediante la reducción por la enzima  alcohol deshidrogenasa.      

Destilación 

  La  destilación  es  la  etapa  que  exige  mayor  energía  de  todo  el  proceso.  Debido  a  esto,  las  mejoras en el proceso de destilación tendrán mayor impacto sobre el éxito del proceso global.   

 

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    La  destilación  consiste  en  aplicar  calor  a  una  mezcla  de  líquidos,  con  diferentes  puntos  de  ebullición,  de  manera  que  uno  pase  a  vapor  y  se  condense  después  en  una  columna  de  destilación.     En  la  producción  de  etanol  como  componente  para  mezclar  con  la  gasolina,  una  etapa  adicional es la deshidratación hasta el 99.4% o mayor, utilizando benceno o ciclohexano para  atrapar el agua. En este caso el destilado azeotrópico se decanta con una etapa adicional de  rectificación para la recuperación del agente extractante.  El  éxito  del  proceso  viene  dado  por  la  interacción  óptima  de  variables  tales  como:  concentración  de  azúcar  (Gaden,  2000),  pH,  concentración  de  O2  y  temperatura  (Stanbury  y  Whitaker,  2003).  Asimismo  su  progreso  se  contola  mediante  el  crecimiento  celular  del  biocatalizador, el consumo de sustratos y la aparición del producto.     

        3.‐ Productos/ Subproductos Obtenidos     El  producto  obtenido  es  bioetanol  de  2ª  generación,  considerado  uno  de  los  sustitutos  más  prometedores de la gasolina.    El  bioetanol  producido  actualmente  a  nivel  industrial  a  partir  de  las  materias  primas  sacaroideas y amiláceas forma parte de los denominados combustibles de primera generación.  El principal problema derivado de la producción de bioetanol a partir de este tipo de biomasa  es  el  elevado  coste  de  la  materia  prima,  ya  que  dichas  biomasas  están  ligadas  a  l  mercado  alimentario,  lo  que  repercute  en  el  precio  final  del  producto.  Por  su  parte  el  bioetanol  obtenido  de  descartes  agroalimentarios  puede  ser  considerado  bioetanol  de  segunda  generación  y  se  presenta  como  alternativa  de  futuro  a  los  biocombustibles  de  primera  generación (Sánchez y Cardona, 2008).     

 

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    4.‐ Idoneidad de Subproductos     Según  la  FAO,  la  fermentación  alcohólica  puede  ser  una  alternativa  viable  de  ser  aplicada  al  tratamiento  y  revalorización  de  los  desechos  orgánicos  de  las  agroindustrias,  dado  que  se  estima que estos comprenden aproximadamente el 50 % de la biomasa en todo el mundo.     La  selección  de  la  materia  prima  más  apropiada  para  la  producción  de  etanol,  depende  fuertemente de las condiciones locales.     A  la  hora  de  seleccionar  el  sustrato  fermentativo  más  adecuado  para  este  proceso  se  deben  tener  en  cuenta  algunas  premisas  que  aseguren  su  factibilidad.  El  sustrato  debe  ser  fermentable;  disponible:  en  cantidad;  calidad,  oportunidad  y  precio;  almacenable  durante  el  período  requerido;  esterilizable;  de  composición  poco  variable;  carente  de  residuos  que  no  puedan ser tratados o eliminados; y además, tener energía potencial elevada. (Garden, 2000).       5.‐ Ventajas e Inconvenientes     Ventajas de la fermentación alcohólica     Bajo nivel de emisiones.   Aprovechamiento total de la biomasa.    Inconvenientes de la fermentación alcohólica     Elevado coste de inversión.   Problemas logísticos relacionados con el abastecimiento de materias primas para las  plantas de producción.   Limitación de la pureza del bioetanol (95‐96%).     

 

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