Hidrólisis del almidón de yuca por fermentación sumergida con Azpergillus Niger para la obtención de glucosa y producción de alcohol etílico

Abstract

El presente estudio es un trabajo de investigación, que considera la factibilidad técnica dela obtención de alcohol etílico por fermentación a partir de yuca. El almidón de harina de yuca transformado en alcohol mediante un proceso de dos etapas; primero el almidón fue hidrolizado a glucosa utilizado el método de hidrólisis por fermentación sumergida con Aspergillus niger, célula viva responsable de la transformación bioquímica, que asimila diversas sustancias, se reproduce y produce enzimas que degradan el almidón; segundo la glucosa en solución obtenida, fue transformado en alcohol etílico por acción anaerobia de las levaduras, Saccharomyces cerevisian. Los experimentos para la hidrólisis por fermentación sumergida fueron llevados a cabo en frascos Erlenmeyer de 250 ml y la hidrólisis fue estudiado en función de la fuente de nitrógeno, temperatura, pE inicial concentración de substrato; obteniéndose como resultados los siguientes parámetros óptimos: 4.3 g/l de sulfato de amonio como fuente de nitrógeno, pH inicial del medio 3 a 4, temperatura de incubación 30 a 32°C, concentración de substrato 10 a 12% (w/v) y un tiempo de fermentación de 110 horas. El avance de la reacción se controló siguiendo el curso de formación de glucosa por el método de Miller modificado por Mandels, con el ácido 3,5 dinitrosalicílico. La concentración óptima de substrato 10 a 12% (w/v) para la hidrólisis, fue determinado mediante el estudio cinético de la reacción bioquímica (saturación de la enzima por el substrato) siguiendo el modelo de la ecuación cinética de Michaelis-Wenten, considerando como tiempo inicial para la velocidad inicial de reacción, el término de la fase de latencia del microorganismo determinado para este estudio (46 horas), sin embargo la mejor conversión de almidón a glucosa 94.1%, se obtuvo al 2% (w/v) de concentración de substrato. Para la obtención de alcohol: se realizaron dos experimentos batch en dos fermentadores diferentes de cinco litros. Primero se llevó a cabo la hidrólisis por fermentación sumergida del almidón de yuca en un Erlenmeyer de cinco litros conteniendo tres litros de medio, bajo condiciones óptimas determinadas en frascos de 250 ml agregándose una cantidad adecuada de inóculo de Aspergillus niger, obteniéndose 242.2 g de glucosa en solución con 74.1% de conversión. El mosto fermentescible obtenido (glucosa en solución) fue acondicionado para la fermentación alcohólica, con fosfato de amonio al 0.05% (w/v), ajustando el pE del medio a 4.65 e inoculando una cantidad suficiente de inóculo de Saccharomyces cerevisiae, llevándose enseguida en marcha la fermentación; durante las diez primeras horas la fermentación fue en condiciones aerobias y a 28°C; la segunda parte de la fermentación se realizó bajo condiciones anaerobias y a 30°C, protegiendo al fermentador de la atmósfera de tal manera que el sistema permita pasar solamente CO2 formado, a las 72 horas de fermentación se obtuvo 4.08% de alcohol en volumen, representado una eficiencia fermentativa de 80.6%.

El procesamiento global de conversión de almidón a glucosa mediante fermentación sumergida, multiplicación de fermentos y producción de alcohol de buena calidad presentó resultados satisfactorios, justificando la utilización de la yuca (33.12% de almidón en base húmeda) como materia prima renovable en la obtención de alcohol etílico, como una alternativa en la producción de energía e insumo industrial.