Optimización de la hidrólisis enzimática de papa (Solanum tuberosum)

Abstract

The world demand of fossil resources as much for the energetic production, as for the production of most of the initiators of the productive chains, has caused a considerable decrement in the proven reservations of these, with tendency to the shortage. For this reason, it is necessary the search new technologies for the conversion of renewable raw matters in products that sustain the level of life of the society. Potato is a tuber that mainly contains starch and it can be useful to obtain sugars by enzymatic hydrolysis. Sugars can be transformed in desired products by fermentative processes. This work deals with the study, modeling and optimization of the enzymatic hydrolysis of potato catalyzed by the α-amylase and glucoamylase enzymes. The effect of temperature, time, substrate concentration, activity units/substrate ratio, and activity fraction of α-amylase, on the concentration of produced glucose was studied using an experiment design Box-Behnken and applying the response surface methodology. Using α-amylase alone and glucoamylase alone, low yields (42.2 %) of production of glucose were obtained, suggesting an enzymatic mixture. Applying the response surface methodology, the optimal conditions of the hydrolysis were: substrate concentration (6 % w/w), temperature (67 °C), time (60 min), activity units/substrate ratio (100 U/g) and activity fraction of α-amylase (0.14). At these conditions and using the mathematical model obtained, a glucose concentration of 38.9 g/L (yield, 98.8 %) was calculated, which is adequate for fermentative purposes. A set of experiments of validation was carried out at random conditions. The difference between the predicted value and the measured value was 0.6 ± 0.5 g/L, confirming the accuracy of the model.

La demanda mundial de recursos fósiles tanto para la producción de energéticos, como para la producción de la mayoría de los iniciadores de las cadenas productivas, ha llevado a un decremento considerable en las reservas probadas de estos, con tendencia a la escasez. Por esta razón, es necesaria la búsqueda de nuevas tecnologías para la conversión de materias primas renovables en productos que sostengan el nivel de vida de la sociedad. La papa, un tubérculo rico en almidón, puede ser aprovechada para obtener glucosa por hidrólisis enzimática, los cuales pueden ser transformados en productos de interés en procesos fermentativos. Este trabajo trata del estudio, modelado y optimización de la hidrólisis enzimática de papa, catalizada por las enzimas α-amilasa y glucoamilasa. Utilizando un diseño de experimentos Box-Behnken y aplicando el método de superficie de respuesta, se estudió el efecto de la temperatura, el tiempo, la concentración de sustrato, la relación unidades actividad/sustrato y la fracción de actividad de α-amilasa, en la concentración de glucosa producida. Utilizando α-amilasa sola y glucoamilasa sola, se obtuvieron rendimientos bajos (42.2 %) de producción de glucosa, sugiriendo una combinación enzimática. Aplicando la metodología de superficie de respuesta, se concluyó que las condiciones óptimas de hidrólisis son: concentración de sustrato, 6 % (p/p); temperatura, 67 °C; tiempo, 60 min; relación unidades de actividad/sustrato, 100 U/g y fracción de actividad de α-amilasa, 0.14. A tales condiciones y utilizando el modelo matemático obtenido, se calculó una concentración de glucosa de 38.9 g/L (rendimiento, 98.8 %), la cual es adecuada para propósitos fermentativos. Un conjunto de experimentos fue realizado a condiciones aleatorias para validar el modelo; la diferencia entre el valor predicho y el valor medido fue de 0.6 ± 0.5 g/L, confirmando su precisión.