PRODUCCION DE BIOBUTANOL A PARTIR DE SUSTRATO DE MAIZ

METODOLOGIA Y PLAN DE TRABAJO

PRODUCCION DE BIOBUTANOL A PARTIR DE SUSTRATO DE MAIZ

1. Materia prima, pretratamiento y sacarificación

Una categoría de sustrato de maiz se utilizó como soporte de inmovilización (3-5 cm de longitud). La otra categoría de polvo de sustrato de maiz se trató como material de desecho para la fermentación. El polvo de sustrato de maiz (inferior a 1 mm) se mezcló con un 2 % en peso de NaOH acuoso en una proporción sólido-líquido de 1:10 (w:v), y se esterilizó en autoclave a 120◦C durante 60 minutos. Tras el pretratamiento, la pasta se exprimió con un molino de 3 rodillos. El sólido restante se lavó con agua desionizada hasta que el pH de la superficie de la sustrato de maiz disminuyó a 7 y se secó durante la noche a 105◦C. La hidrólisis enzimática se realizó a 50ºC, 180 rpm y 0,01 M H3PO4/KH2PO4 (pH 4,8) durante 48 horas, con una carga de sólido (el sustrato de maiz pretratado) del 10 % en peso. Se cargaron 30 FPU/g de celulasa en la solución. Cuando se utilizó como sustrato para la fermentación de la EBA, el hidrolizado de sustrato de maiz se utilizó directamente sin suplementar con nutrientes adicionales, teniendo en cuenta el coste del sustrato.

1. Cepa y medio

La cepa Clostridium acetobutylicum ABE-P 1201 se derivó de la ATCC 824 mediante ingeniería evolutiva [1]. El medio contenía 60 g/L de glucosa, 1 g/L de K2HPO4 y 1 g/L de KH2PO4 como fuentes de tampón y fósforo, 2,2 g/L de acetato de amonio y 1 mg/L de ácido p-amino-benzoico, 0,01 mg/L de biotina y sales (0,2 g/L de MgSO4, 10 mg/L de MnSO4 y 10 mg/L de FeSO4). Antes de la inoculación, el medio se esterilizó en autoclave a 121◦C durante 20 minutos. El pH inicial para la fermentación ABE se ajustó a 7 mediante hidróxido de amonio. Después de la inoculación con un tamaño del 10% (p/v), el cultivo de semillas se mantuvo a 37◦C sin agitación y ajuste de ph

1. Montaje experimental e integración del proceso

Se integró un sistema simplificado de extracción de gas con un biorreactor de 2 L con un volumen de trabajo de 1,5 L (Fig. 1). Antes de la fermentación, se cargaron en el biorreactor 1,35 L de hidrolizado enzimático de sustrato de maíz y 30 g de sustrato de maíz como soporte de inmovilización. A continuación, el biorreactor se inoculó con 150 mL de cultivo de semillas en un matraz Erlenmeyer. Después de 48 horas de funcionamiento en modo discontinuo, se encendió una bomba periestática para reciclar el gas de despojo (2 L/min).Se utilizó un condensador en espiral (30 × 400 mm) para la condensación del gas portador y se mantuvo a -5◦C. Cuando la concentración de glucosa residual era inferior a 5 g/L, se bombeaba rápidamente al biorreactor el hidrolizado de sustrato de maíz concentrado en 6 veces al vacío a 50◦C y se devolvía al biorreactor la concentración de azúcares volvió a ser superior a 30 g/L. La concentración de compuestos fenólicos en el hidrolizado concentrado fue de ∼4 g/L.

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Figura 1. Configuración experimental de un sistema de fermentación inmovilizado con extracción de gas para la recuperación intermitente de butanol.(Cai et al., 2017)

1. Métodos analíticos

La composición del sustrato de maíz se determinó según el método del National Renewable Energy Laboratory (NREL) para la biomasa. Los errores se indican como las mayores diferencias absolutas entre las mediciones por triplicado. Los azúcares reductores se analizaron mediante cromatografía líquida de alto rendimiento. Los productos de los disolventes, incluidos los ABE y los ácidos orgánicos, se cuantificaron por cromatografía de gases. Para estimar los compuestos fenólicos totales se aplicó el método de Folin-Ciocalteu modificado, con pirocatecol utilizado como estándar.

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