El origen de la bioproducción de butanol está en la
Primera Guerra Mundial, donde los ingleses andaban escasos de acetona para la
fabricación de municiones. Problema al que dió solución un químico de origen
ruso, Chain Weizmann. Este desarrolló la fermentación butanol-acetona utilizando
a la bacteria anaerobia Clostridium acetobutylicum, ya que es la única
capaz de fermentar xilosa, pero en mezclas con glucosa y xilosa primero consume
la glucosa y la xilosa la deja para el final.
Actualmente
hay dos formas de producir butanol, la primera y la más utilizada es la
producción físico-química de derivados del petróleo; la segunda es mediante la
bioproducción en las fermentaciones conocidas como ABE.
Se utiliza como sustrato para la fermentación los restos no utilizados del
maíz. Estos rastrojos se secan y se machacan obteniendo fragmentos que se mojan
con agua destilada. El pretratamiento realizado es el siguiente:
Rastrojo + explosión de vapor
SECS(steam-exploded corn
stover)
SECS + NaOH
SECSAT (SECS Alkali-Treated)
Dicho
pretratamiento es importante para obtener el mejor sustrato posible para la
fermentación; después de esto, el SECSAT se seca y se almacena.
La fermentación para producir
biobutanol se puede llevar a cabo de tres formas:
- Fermentación sumergida (SMF), la más utilizada actualmente.
- Fermentación en sistema sólido, que presenta algunas ventajas, como la mejora del rendimiento y de las características del producto, pero otros problemas como crecimiento limitado por el bajo contenido de agua.
- Fermentación en lignocelulosa absorbente (ALF), que debido a su alta porosidad tiene una mayor capacidad de retención de agua.
Antes
de hablar sobre la aplicabilidad, hay que mencionar las diferentes fuentes de
carbono.
Según los resultados obtenidos en un primer experimento
en el que se analizaron la glucosa y la xilosa, se concluyó que la glucosa es
el sustrato preferente, puesto que da un mayor rendimiento y su productividad
es mayor. Este experimento se llevó a cabo sin eliminar la lignina.
Tras eliminar la lignina, los cambios observables, son:
- El contenido en etanol disminuyó significativamente, sobre todo en la fermentación de la xilosa.
- El contenido relativo de acetona en el disolvente aumentó en la glucosa, así como en la xilosa.
- En lo que respecta al butanol apenas hubo grandes cambios en su concentración.
Estos cambios provocan problemas económicos en la
fermentación de ABE. Por tanto, se buscaron otras alternativas como son la
producción ABE por cofermentación de glucosa y xilosa. Este proceso es muy
importante para abaratar el coste de la fermentación.
Se estudia posteriormente el rendimiento de este microorganismo en ALF y se
obtienen los siguientes resultados:
En la tabla 2 se
muestra la eficacia de la fermentación de tres mezclas de azúcar con diferentes
proporciones de cada componente.
Se puede observar que el aumento de la proporción de xilosa causa un efecto
negativo. Se demostró que la glucosa
inhibe parcialmente la utilización de xilosa en las mezclas.
En la tabla 3 se muestra el contenido de lignina en SECS y en SECSAT.
Los resultados obtenidos muestran como el contenido de lignina disminuye en SECSAT. También se muestra que la lignina ha conseguido aumentar la porosidad y también la superficie específica del transportador. Por todo ello podemos afirmar que el SECSAT es el más apto para ser utilizado como un transportador absorbido por los microorganismos.
La tabla 1
recoge los datos comparativos de la fermentación entre SECS y SECSAT.
Se demuestra el
efecto de mejoría en la extracción de lignina en ALF. Fila 3, mayor
rendimiento. Por lo tanto, el SECSAT es usado como un apoyo, no como una fuente
de nutrientes.
Los resultados
obtenidos muestran un rendimiento mayor de ALF en presencia de la enzima.
En este diagrama se resume el proceso de producción de butanol y la obtención de otros productos secundarios.
¿Cuáles son los intereses de todo este proceso de producción de butanol?
La producción de butanol tiene dos principales intereses, uno como producto químico para la fabricación de pinturas, detergentes, explosivos, entre otros, la otra como combustible líquido alternativo a los combustibles fósiles. Sin embargo, la producción de biobutanol todavía no es económicamente competitiva, debido principalmente a la baja concentración de butanol en caldo de fermentación. Por eso se busca el desarrollo de una nueva tecnología que abarate los costes y aumente el rendimiento.
Una de las alternativas estudiadas es la producción de butanol por ALF, ya que no solo aumenta el
rendimiento del ABE, sino también se produce un cambio en la relación del
disolvente.
Como
conclusiones de dicho estudio se obtuvo que la fermentación mixta de pentosas y
glucosas muestra una fermentabilidad mayor, aunque menor que el nivel medio de
la fermentación de azúcares separados. Además, PSSF de SECSAT para la
producción de butanol podría aumentar el poder de fermentación y preparar un
excelente material de fabricación de papel. También, la lignina que ha quedado
en disolución en la solución alcalina del SECSAT se podría separar para
producir productos derivados de lignina, y el NaOH en disolución podría ser
recuperado y reutilizado. Todos estos resultados pueden economizar la
producción industrial de la ABE.
BIOBLIOGRAFÍA
Qin He and Hongzhang Chen, (2012). Improved efficiency of butanol production by absorbed lignocellulose fermentation. Journal of Bioscience and Bioengineering, Volume 115, Issue 3, Pages 298-302.
ALFONSO AZORÍN GUAITA
FRANCISCO JOSÉ CANDELA MOLLÁ
JULIÁN JOSÉ DUQUE PEDRAZA
PEDRO GUZMÁN BLASCO
ALEJANDRO ELEAZAR PEÑIN FRANCH
ALEJANDRO ELEAZAR PEÑIN FRANCH
Bastante exhaustivo lo que hace que no tenga un estilo completamente divulgativo
ResponderEliminarBien los enlaces integrados en el texto
Los párrafos deberían estar separados y no pegados
La figura de la gráfica carece de texto explicativo