Diseño de un bioproceso para la obtención de etanol anhidro a partir de bagazo del Agave tequilana Weber

Abstract

The bagasse of Agave tequilana Weber is a lignocellulosic residue remained from the tequila elaboration process. Actually, industrial usage not has been described for this residue; however, it may be used for chemicals production. The aims of the present work were characterization of bagasse components, hydrolysis of agave bagasse to produce fermentable sugars, fermentation to obtain ethanol and dehydration to anhydrous ethanol. Compositions of agave bagasse were cellulose (42%), hemicelluloses (20%), lignin (15%) and other compounds (23%). Agave bagasse saccharification was carried out using three methods 1) acid hydrolysis, 2) enzymatic hydrolysis and 3) acid hydrolysis followed of enzymatic treatment. Better yields of agave bagasse saccharification were obtained with third option. Optimal conditions for acid hydrolysis were 147º C, 2% sulfuric acid for 15 min, followed of enzymatic hydrolysis (59 FPU cellulase and 25 CBU of cellobiase, 40ºC and 72 hs). Liquors (hydrolysates) obtained from acid and enzymatic hydrolysis shown sugar concentration of 25.8 and 41 g/L, respectively. Fermentable sugars yield under these conditions were 25.76 g/50 g of agave bagasse treated, corresponding to 73.6% over theoretical sugar obtained. The sugars liquors were fermented using a yeast strain isolated from agave bagasse. It was identified as Pichia caribbica UM5 strain. Ethanol yield was 50% respect available fermentable sugars from acid hydrolysis and 87% from enzymatic hydrolysis. Total ethanol obtained from hydrolysis process was 8.99 g/50 g of agave bagasse treated, corresponding to total yield of 56.75% of the theoretical, if total carbon source is converted. These results suggest that the agave bagasse may be proposed as a lignocellulosic raw material economically sustainable for bioethanol production.

El bagazo de Agave tequilana Weber es el residuo lignocelulósico que se obtiene del proceso de elaboración del tequila. Actualmente no existe uso industrial para este residuo; sin embargo, puede ser utilizado en la obtención de productos químicos, como el etanol. El objetivo del presente trabajo fue determinar; los componentes principales del bagazo, las condiciones óptimas de hidrólisis para producir azúcares fermentables, la fermentación de los mismos, la separación y purificación del etanol para obtener etanol anhidro. La composición del bagazo resultó en 42 % de celulosa, 20 % de hemicelulosa y 15 % de lignina. La sacarificación del bagazo se realizó utilizando tres métodos: a) hidrólisis ácida, b) hidrólisis enzimática e c) hidrólisis ácida seguida de enzimática. Los mayores rendimientos se obtuvieron con el tercer método, bajo las condiciones de hidrólisis ácida, 147ºC, 2 % de ácido sulfúrico por 15 min, seguida de hidrólisis enzimática, 40ºC, 72 h y 59 FPU de celulasas y 25 CBU de celobiasas. La concentración obtenida de los hidrolizados químicos y enzimáticos fue de 25.8 g/L y 41 g/L, respectivamente. El máximo de azúcares fermentables fue de 25.76 g/50 g de bagazo, correspondiendo al 73.6 % sobre azúcares teóricos. Los licores azucarados fueron fermentados utilizando una cepa de levadura aislada del bagazo de agave, identificada como Pichia caribbica UM5. El rendimiento en la conversión a etanol fue de 50 % con respecto a los azúcares disponibles en los hidrolizados ácidos y de 87 % en los enzimáticos. El etanol total obtenido fue de 8.99 g/50g de bagazo de agave, correspondiendo al 56.75 % del valor teórico en base al material sacarificable. Estos resultados sugieren que el bagazo de agave puede ser utilizado como material lignocelulósico económicamente sustentable para producir bioetanol.