CINÉTICA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL USANDO LA LEVADURA SACCHAROMYCES CEREVISIAE PE-2 PARA SU ESCALAMIENTO EN REACTORES EN COLUMNA Y GAS-LIFT 1
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Adriana Valdés , Bruno D. Fernandes , Andrés M. Mota , Cristóbal N. Aguilar , Anna Ilina , José A. Teixeira , Héctor A. Ruiz
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Grupo de Biorefinería, Departamento de Investigación en Alimentos, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad 2 25280.. Centro de Ingeniería Biológica. Universidad de Minho, Campus de Autónoma de Coahuila, Blvd. V. Carranza, 25280.. 3 4 Gualtar., Braga, Portugal, Universidad Federal de Sergipe, Sergipe, Brasil, Cuerpo Académico de Nanobiociencia,
[email protected] de la Universidad Autónoma de Coahuila, México. E-mail:
[email protected] Palabras clave: Saccharomyces cerevisiae, cinética de crecimiento, biorreactores,
Introducción.
El bioetanol es el producto de fermentación alcohólica efectuada por microorganismos. La levadura Saccharomyces cerevisiae es un microorganismo anaeróbico facultativo que tiene la capacidad de fermentar la glucosa. Los nuevos desarrollos tecnológicos se enfocan en procesos viables para la producción de bioetanol (2). El diseño de biorreactores para laen etapa de fermentación impacta la reducción de costos el proceso global de producción de este biocombustible. Los reactores de columna de burbuja y los gas-lift tienen una gran aplicación en los bioprocesos. Los objetivos del presente estudio fueron: 1) caracterizar el proceso de fermentación aeróbia y anaeróbia de la levadura S. cerevisiae PE-2 en presencia de diferentes concentraciones de glucosa, 2) diseñar el reactor que combina las funciones del reactor de columna de burbuja y gas-lift para posterior escalamiento de procesos de fermentación.
Metodología. El estudio cinético se realizó bajo las condiciones de fermentación utilizando en calidad de reactores los matraces Erlenmeyer de 125 ml. El ensayo se realizó por triplicado a 37 ° C y 150 rpm en un Shaker durante 48 h aplicando el medio YPD (3) en presencia de diferentes concentraciones de glucosa (50 g/L, 75 g/L y 100 g/L). El consumo de azúcares reductores se determinó por el método DNS (3). La biomasa obtenida se determinó por dos métodos: peso seco y el recuento de células, así determinando la viabilidad por tinción de azul de metileno (2). La concentración de etanol fue cuantificada por cromatografía de gases. Para todos los experimentos, se aplicó el análisis de la varianza (ANOVA) y las diferencias entre las medias se evaluaron utilizando la prueba de Tukey.
Resultados. En la Tabla 1 se resumen los resultados obtenidos durante el estudio cinético a las 24 h de fermentación.
50 g/L Consumo de sustrato (%) Biomasa producida (g/L) Número de células x108 / mL Viabilidad (%) Producción de ETOH (g/L) Conversión de ETOH (%)
Fermentación 75 g/L 100 g/L
96.3
98.4
98.5
7.2
9.5
11.5
2.1
2.6
3.3
90.9 20
93.5 34
92.3 51
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Tabla 1. Cinética de crecimiento de la S. cerevisiae. cerevisiae.
La mayor producción de etanol fue de 51 g/L, partiendo de 100 g/L de glucosa con un rendimiento del 97.2 %. De acuerdo al análisis estadístico se corrobora que las mejores condiciones fueron en la fermentación para 100 g/L. Se diseñó y construyó un reactor con las funciones tanto de gas-lift como de columna de burbuja con un volumen total de 3 L y un volumen de trabajo de 2 L para ser aplicado en el proceso de escalamiento de producción de etanol. Seleccionando las condiciones anteriormente mencionadas para para ser usadas en estos reactores.
Conclusiones. En las condiciones de fermentación empleadas, permitió conocer el tiempo en el que se consume el sustrato, así como la producción de etanol, donde la mayor producción fue 50.5 g/L se obtuvo a las 24 h, partiendo de 100 g/L con un rendimiento del 97.2 %, usando la S. cerevisiae PE-2.
Bibliografía. 1. Steven P. Fraleigh, Henry R. Bungay and Lenore S. Clesceri (1990). J. Biotech. 13, 61-72 2. Francisco B. Pereira, Aloia Romaní, Héctor A. Ruiz, José A. Teixeira, Lucília Domingues (2014). Bioresor. Technol . 61, 192– 199. 3. Héctor A. Ruiz, Daniel P. Silva, Denise S. Ruzene, Luis F. Lima, António A. Vicente, José A. Teixeir a, (2012). Fuel . 95. 528-536.
