Simultaneous saccharification and fermentation of cassava stems

Abstract

ABSTRACT: This research evaluates the effects of the inoculum size and enzymatic activity on the concentration of ethanol obtained through the simultaneous saccharifi cation and fermentation of alkali-pretreated cassava stems. Other goals for this study include the determination and validation of the optimal conditions for and the evaluation of the process of ethanol production in a bioreactor. Alkaline-pretreated cassava stems were used as the substrate in a solid to liquid ratio of 1:10; the enzymatic complex Accellerase 1500 and the yeast Ethanol Red were evaluated at two levels at a temperature of 38° C and a pH of 4.0 in an Erlenmeyer fl ask. The following were evaluated as process controls: simultaneous saccharifi cation and fermentation of non-pretreated stems and separate saccharifi cation and fermentation of pretreated stems. A regression analysis was conducted, and the resulting model was maximized using genetic algorithms. At the optimal conditions identifi ed in an Erlenmeyer fl ask, the production of ethanol in a 5-liter bioreactor was subsequently evaluated. An experimental concentration of ethanol of 1.88±0.04% v/v (1.99% v/v simulated optimum) was obtained using an inoculum concentration of 1.59 g/L and an enzyme concentration of 13.3 FPU/g. This value was approximately four times the quantity of ethanol produced without pretreatment or by the separate saccharifi cation and fermentation of pretreated cassava stems. The evaluation of the process in the bioreactor yielded an ethanol concentration 20% less than that reached in the Erlenmeyer flask.

RESUMEN: La investigación evalúa el efecto del tamaño de inóculo y la actividad enzimática sobre la concentración de etanol obtenido a través de la estrategia de proceso Sacarifi cación y fermentación simultáneas de tallos de yuca pretratados con álcalis. La determinación y validación de las condiciones óptimas de producción de etanol y la evaluación del proceso en biorreactor fueron también objeto de esta investigación. Tallos de yuca con pretratamiento alcalino fueron utilizados como sustrato en una relación sólido: líquido 1:10; el complejo enzimático Accellerase 1500 y la levadura Ethanol Red fueron evaluados a dos niveles a una temperatura de 38 ° C y pH 4.0 a escala de erlenmeyer. Se evaluaron como controles del proceso: Sacarifi cación fermentación simultáneas sin pretratamiento de los tallos y Sacarifi cación fermentación independientes de tallos pretratados. Se realizó un análisis de regresión y el modelo obtenido fue maximizado empleando algoritmos genéticos. A las condiciones óptimas identifi cadas en erlenmeyer fue evaluada la producción de etanol en biorreactor de 5 litros. Se obtuvo una concentración experimental de etanol de 1.88±0.04 %v/v (1.99 %v/v óptimo simulado) con una concentración de inóculo de 1.59 g/L y una concentración de enzima de 13.3 FPU/g, valor aproximadamente 4 veces mayor a la cantidad de etanol producido sin pretratamiento por sacarifi cación y fermentación independientes de tallos de yuca pretratados. La evaluación del proceso en biorreactor alcanzo una concentración de etanol 20% inferior a la alcanzada a escala de erlenmeyer.