Optimización De La Hidrólisis Para El Tratamiento De Residuos Lignocelulósicos Con Enzimas De Aspergillus Niger
Resumen
El presente estudio tuvo por objeto optimizar el proceso de hidrólisis enzimática para degradar la celulosa del rastrojo de maíz (Zea mays), utilizando enzimas del Aspergillus niger. Durante la primera fase de la experimentación se determinó el contenido de materia seca, materia orgánica, cenizas, proteína cruda, extracto etéreo, contenido de lignina y celulosa del rastrojo, usándose para su cuantificación los métodos de referencia de la U. FLORIDA 1970. Posteriormente se realizó el pre-secado y molienda del mismo, previo a los procesos de pre-tratamiento álcali y ácido – álcali aplicados, siendo secados a 4 diferentes temperaturas (45, 50, 55 y 60 °C). Los residuos pretratados fueron sometidos a una hidrólisis con celulasas del Aspergillus Niger (39,125 UE) a diferentes pH (4,0; 4,8 y 5,6), durante 24, 48 y 72 h. a 45, 50, 55 Y 60 °C de temperatura; cuantificándose las concentraciones de azúcares reductores liberados durante la digestión. Finalmente se determinó que la hidrólisis del rastrojo sin pretratamiento y secado a 60°C, a pH de 4,8 por 72 h., tuvo concentraciones elevadas de azúcares reductores, convirtiéndose en una alternativa para su utilización como alimento o biocombustible, posterior a la aplicación de procesos biotecnológicos.
Palabras clave
Aspergillus niger, azúcares reductores, biotecnología, hidrólisis enzimática, residuos lignocelulósicos
Citas
[1] M. Acevedo, M. castillo y J. Quijano. “Industria de ganadería de carne. Estudios industriales, orientación estratégica para la toma de decisiones” [online]. ESPAE, ESPOL, Ecuador, 2016.
[2] E. Jacobo, N. Cadaviz, M. Vecchio, y A. Rodriguez. “Estimación del balance de gases de efecto invernadero en sistemas de producción ganadera de la cuenca del río Salado,” AGRISCIENTIA, vol. 37, p. 15-32, 2020. DOI: 10.31047/1668.298x.v37.n1.27514.
[3] M. Malagón, C. Garay y N. Peña. “Obtención de bioetanol a partir de residuos lignocelulósicos” [online]. Fundación Universidad de América, Semilleros Formación Investigativa vol. 3, núm 1, p. 69-76, enero-diciembre 2017.
[4] C.R. Molano, D. Fonseca-López, L.E.N. Monroy, A.E.S. López, J.L.H. Concha, I.D.O. Ramírez, N.T. Lagos, “Caracterización nutricional y de producción de biomasa de Sambucus peruviana, Sambucus nigra y Morus alba en un banco forrajero,” Ciencia En Desarrollo, vol. 10, p. 23–32, 2019. doi:10.19053/01217488.v10.n2.2019.9098.
[5] A. Galindo, G. Domínguez, R. Arteaga, y G. Salazar. “Mitigación y adaptación al cambio climático mediante la implementación de modelos integrados para el manejo y aprovechamiento de los residuos pecuarios” [online]. Revista mexicana de ciencias pecuarias, vol. 11, supl. 2, p. 107-125, 2020. Disponible en: https://doi.org/10.22319/rmcp.v11s2.4697
[6] I. Gutiérrez, N. Moreno, y D. Montoya. “Mecanismos y regulación de la hidrólisis enzimática de celulosa en hongos filamentosos: Casos clásicos y nuevos modelos” [On line]. Revista Iberoamericana de Micología vol.32, núm. 1, 2015. DOI 10.1016/j.riam.2013.10.009. Disponible en: http://www.elsevier.es/es-revista-revista-iberoamericana-micologia-290-articulo-mecanismos-regulacion-hidrolisis-enzimatica-celulosa-S1130140614000138.
[7] S. Diego. “Application of the Direct Quadrature Method of Moments for the modelling of the enzymatic hydrolysis of cellulosic substrates” [online]. Chemical Engineering Science, vol. 149, p. 1-20, 2015. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.04.029
[8] A. Panchapakesan y N. Shankar. “Fungal Cellulases: An Overview. In New and Future Developments in Microbial Biotechnology and Bioengineering: Microbial Cellulase System Properties and Applications [online]. 2016. Disponible en: https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63507-5.00002-2
[9] J. Lee, J. Kim, H. Jang, M. Lee, y J. Park, “Sequential dilute acid and alkali pretreatment of corn stover: Sugar recovery efficiency and structural characterization”, [online]. Tecnología ambiental, vol. 182, p. 296-301, 2015.
[10] A. García, C. Cara, M. Moya, J. Rapado, J. Puls, E. Castro, y C. Martín, “Dilute sulphuric acid pretreatment and enzymatic hydrolysis of Jatropha curcas fruit shells for ethanol production”,[online]. Industrial crops and products, vol. 53, p.148–153, 2014.
[11] M. Resch, J. Baker yS. Decker,“Low Solids Enzymatic Saccharification of Lignocellulosic Biomass”, NREL, Denver, USA 2015; TechnicalReport NREL/TP-5100-63351, 2015.
[12] Merk. “Celulasa de Aspergillus niger” [En línea]. USA: 2018.
[13] R. Ávila, B. Rivas, R. Hernández y M. Chirinos, “Contenido de azúcares totales, reductores y no reductores en Agave cocui Trelease” [online]. Multiciencias, vol. 12, núm. 2, p. 129-135, 2012.
[14] M. Megías, P. Molist y M. Pombal, Atlas de histología vegetal y animal, [online]. Universidad de Vigo,España, 2018.
[15] H. Zhang, S. Wu y J. Xie. “Evaluation of the effects of isolated lignin on enzymatic hydrolysis of cellulose”, Enzyme and Microbial Technology, vol. 101, p. 44-50. Junio, 2017.
[16] O. Di Marco, “Estimación de la Calidad de los forrajes”, [online]. Producir XXI, Bs. As., 20(240):24-30, Unidad Integrada Balcarce INTA, 2011.
[17] E. Greene, M. Himmel, G. Beckham y Z. Tan. “Glycosylation of Cellulases: Engineering Better Enzymes for Biofuels,” Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, vol. 72, 2015.
[18] N. López, A. Cárdenas y R. Zambrano. “Evaluación de pretratamientos químicos para la hidrólisis enzimática de residuos lignocelulósicos de yuca (Manihot esculenta Crantz)”. Redalyc, núm. 69, p. 317, 2013.
[19] L. Lucero “Influencia de la hidrólisis enzimática y de la fermentación en el material lignocelulósico de las cáscaras de plátano de las variedades bellaco, inguiri e isla”. Tesis de ingeniería, Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo, Perú. 2019.
[20] E. Palmqvist, B. Hahn-Hägerdal. “Fermentation of lignocellulosic hydrolysates. II: inhibitors and mechanisms of inhibition. Bioresource Technology, vol. 74, p. 25-33, 2000.
[21] A. Paniagua. “Degradación de material lignocelulósico, evaluación de pretratamientos químicos e hidrólisis enzimáticas para la obtención de alcoholes por fermentación. Tesis doctoral, Universidad de León, España. 2020.
[22] B. Behera, B. Sethi, R. Mishra, S. Dutta y H. Thatoi. “Microbial cellulases – Diversity and biotechnology with reference to mangrove environment: A review”. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, vol.15, p. 197-210, 2017.
[23] C. Chandler, N. Villalobos, E. Gonzales, E. Arenas, Z. Mármol, J. Ríos y C. Aiello, “Hidrólisis ácida diluida en dos etapas de bagazo de caña de azúcar para la producción de azúcares fermentables”, [online]. Multiciencias, vol. 12, núm. 3, p. 245-253, 2012.
[24] K. Philomena, N. Christian, T. Joseph. “Hidrólisis enzimática y fermentación de cáscaras de plátano: optimización y estudios cinéticos”, Advances in Chemical Engineering and Science, vol. 6, p. 216-235, 2016.
[25] D. Narciso. “Estudio de la producción de azúcares fermentables a partir de la celulosa contenida en desechos agrícolas o industriales, por medio de una hidrólisis enzimática”, [online]. Tesis de Ingeniería Química, Universidad Central de Venezuela, 2007. Disponible en: http://saber.ucv.ve/bitstream/123456789/1310/1/TESIS 2.pdf
[26] L. Niño, A. Acosta y R. Gelves. “Evaluación de pretratamientos químicos para la hidrólisis enzimática de residuos lignocelulósicos de yuca (Manihot esculenta Crantz)”, Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, núm. 69, p. 317-326, 2013.