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Cinética de sacarificación y fermentación para producción de bioetanol a partir de cáscara de banano maduro mediante pretratamiento de secado.

Abstract:

El presente estudio tuvo como objetivo determinar la cinética de bioconversión de la cáscara de banano maduro en bioetanol, mediante su sacarificación y fermentación alcohólica aprovechando así, los residuos orgánicos en este caso la cáscara de banano para obtener un biocombustible que haga frente a la escasez de fuentes de energía no renovables. La caracterización de los componentes lignocelulósicos de la cáscara de banano se determinó mediante análisis termogravimétrico para conocer el porcentaje inicial de Lignina, Celulosa y Hemicelulosa, el cual fue 21.12±0,24%, 19.33±0,28% y 11.43±0,39% respectivamente. Las cáscaras de banano maduro fueron solicitadas en la empresa “Diana Food” ubicada en la parroquia de la Peaña de la ciudad de Pasaje, estas a su vez fueron transportadas al laboratorio de investigación para posteriormente seleccionar las cáscaras en un mismo grado de maduración para ser previamente secadas en una incubadora a 70°C por 4 días. Posteriormente se redujo su tamaño de partícula mediante molienda mecánica hasta malla de 250 µm. La mezcla del sustrato celulósico al 5% p/v y agua fue sometida a agitación constante controlada durante 24 horas, a un pH de 4.8 y una temperatura de 40°C. En estas condiciones se le agregó la enzima comercial celulasa al sustrato lignocelulósico para realizar la hidrólisis enzimática. La cantidad de azúcares reductores producida durante este proceso aerobio fue determinada por el método del ácido dinitro salicílico (DNS) por colorimetría con un espectrofotómetro de UV-Visible con una longitud de onda de 540 nm. Para ello, se realizaron 3 tratamientos en relación a la cantidad de inóculo añadido para la hidrólisis enzimática, los cuales fueron 30 µL/g de sustrato procesado (D1), 60 µL/g de sustrato procesado y 90 µL/g de sustrato procesado respectivamente. Obteniendo mejores resultados a las 4 horas de hidrólisis enzimática con el tratamiento D1 con un rendimiento de azúcares reductores de 4750 ppm. Para la fermentación alcohólica se procedió a inactivar previamente la enzima en un equipo de autoclave a 121°C en un lapso de 15 min. Luego de lo cual, se realizó una fermentación alcohólica en un biorreactor herméticamente cerrado de color ámbar durante 4 días (96 h) empleando como inóculo la levadura Saccharomyces cerevisiae previamente activada a 37 °C con el 10% de sacarosa por 48 horas. Este inóculo fue añadido de acuerdo a la glucosa obtenida del proceso de hidrólisis enzimática (1mL de levadura activada /1000mL de hidrolizado). El bioetanol fue cuantificado por cromatografía de gases con un tiempo de retención de 3 minutos correspondientes a un área (uV*s) de 993976,9. Se obtuvo como resultado 11050 ppm de azúcares reductores (11,05±0,44 g/L) y 7609 ppm de etanol (7,6±0,17 g/L). Para determinar la constante de velocidad se empleó un modelo cinético de Monod el cual dio como resultado una constante cinética de sacarificación obtenida de K= 0,169 g/L∙h, mientras que la constante cinética de fermentación alcohólica fue de K= 0,697 g/L∙h. Demostrando así que un pretratamiento físico nos permite realizar una mejor bioconversión de los componentes lignocelulósicos de la cáscara de banano maduro para la obtención de bioetanol.