Tratamiento hidrolítico de Luffa cylindrica (LC) para la obtención de azúcares reductores

Hydrolytic treatment of Luffa cylindrica (LC) for reducing sugars producing

En este trabajo se evaluó la producción de azúcares reductores a partir de hidrólisis de Luffa cylindrica (LC). Se determinó el contenido de celulosa (82,54%) y lignina (9,73%), de la materia prima y se redujo de tamaño, mediante un molino de cuchillas hasta malla 100. El máximo contenido de azúcares reductores obtenidos fue 1.207 mg/mL, 1.493 mg/mL y 2.441 mg/mL para las hidrólisis ácida, básica y enzimática, respectivamente. Un diseño tipo Box-Behnken, permitió determinar las condiciones óptimas de pH, tiempo y temperatura para las hidrólisis ácida (pH 4.0, 60 min, 150°C) y básica (pH 10.0, 30 min, 112.5°C), así como pH, volumen de celulosa, y temperatura para la hidrólisis enzimática (pH 6.2, 2.39 mL y 42.4°C). Se realizaron estudios fermentativos con Saccharomyces cerevisiae inmovilizada, a diferentes condiciones, con el fin de validar los modelos obtenidos en cada tipo de hidrólisis y se alcanzaron rendimientos del orden del 10% en contenido de alcohol, para los tratamientos estudiados.

1. Introducción

El etanol, adicionado a la gasolina, se obtiene a partir de la fermentación de azúcares reductores provenientes de productos vegetales, que generalmente son: cereales, remolacha y caña de azúcar. La producción de etanol en Colombia proviene exclusivamente de la fermentación de jugos de caña de azúcar, a pesar de que el país cuenta con gran variedad de recursos lignocelulósicos. Sin embargo no se han realizado investigaciones sobre sus beneficios, ni tampoco se ha evaluado la posibilidad de utilizarlos como materia prima para la obtención de bioetanol, como es el caso de la Luffa cylindrica. El principal mercado de este material es la industria cosmética, sin embargo debido a su alto contenido de celulosa y lignina, y su amplia presencia en el territorio colombiano, se constituye en una buena opción como materia prima para la obtención de etanol [1].

El material lignocelulósico está constituido por tres polímeros estructurales: hemicelulosa, celulosa y lignina; componentes que hacen de ella un substrato de enorme valor biotecnológico. Además de esto y debido a su alto contenido de azúcares fermentables, la biomasa ha merecido particular atención como sustrato alternativo en la producción de etanol. Para obtener los azúcares de la biomasa, ésta debe ser tratada con ácidos o enzimas que facilitan su obtención. La celulosa y hemicelulosa, son hidrolizadas por enzimas ó diluidas por ácidos para obtener sacarosa, que es entonces fermentada. Los principales métodos para obtener estos azúcares son tres: la hidrólisis con ácidos concentrados y diluidos, la hidrólisis básica, y la hidrólisis enzimática [2].

Para la obtención de alcohol etílico, a partir de biomasa lignocelulósica, se han utilizado productos tales: como residuos de madera, maíz, bagazo de caña de azúcar, paja, cascarilla de arroz, residuos de algodón, entre otros. Sinembargo, no se conocen trabajos en los cuales la fuente de biomasa lignocelulósica, para la obtención de bioetanol, sea la LC. Para los anteriores productos, el procedimiento para obtener alcohol lignocelulósico, consta de las etapas :pretratamiento de la biomasa, hidrolisis, fermentación y destilación [3].

La composición química de la LC, depende de varios factores como: el origen de la planta, condiciones ambientales, naturaleza del suelo, etc. Por ejemplo: los contenidos de celulosa varían de 55 a 90%, el contenido de lignina está dentro del rango de 10 a 23%, el contenido de hemicelulosa está alrededor de 8 a 22% y cenizas cercanas al 0.4%.