Continuous production of ethanol in packed bed-bioreactors with immobilized yeast cells on lignocellulosic waste

Abstract

RESUMEN: Los procesos continuos con células inmovilizadas son una alternativa para mejorar la eficiencia y el rendimiento de las fermentaciones alcohólicas. Recientemente, se han comenzado a evaluar materias primas derivadas de residuos agroindustriales y su aplicación como soportes promisorios para la inmovilización celular. En este trabajo se evaluó la producción continua de etanol en reactores de lecho empacado con células de levadura inmovilizadas en residuos lignocelulósicos de viruta, bagazo de caña, capacho y tusa de maíz. Se empleó glucosa como fuente de carbono para establecer las condiciones de referencia y se realizaron las fermentaciones con sacarosa comercial. Además, se evaluó como sustrato alternativo el jarabe glucosado obtenido de la harina de yuca. Las experimentaciones fueron realizadas a nivel de laboratorio en reactores de columna de 250 mL. El bagazo de caña fue el material en el que se inmovilizó mayor cantidad de células. Se obtuvo un valor de 0,047 g de Biomasa/g de soporte (gX/gC). Para la fermentación realizada con glucosa, la productividad alcanzada fue de 13,33 ± 1,5 g/L h. Un valor similar, 13,00 ± 0,02 g/L h fue alcanzado para la productividad de la fermentación con sacarosa. En las fermentaciones realizadas con jarabe glucosado, se obtuvo mayor cantidad de etanol en el proceso que empleó tusa como soporte. Se produjeron 31,99 ± 1,93 g/L de etanol y se alcanzó una productividad de 10,66 ± 0,64 g/L h. Los resultados obtenidos han permitido establecer el potencial que tienen estos residuos lignocelulósicos como soportes en la inmovilización celular para la producción en continuo de etanol, y la posibilidad de emplear el jarabe glucosado como sustrato alternativo.

ABSTARCT: Continuous processes with immobilized cells are a good alternative for improving the efficiency and the performance of alcoholic fermentations. The potential use of raw materials obtained from agro-industrial waste as supports for cell immobilization was recently evaluated. In this work, we evaluated the continuous production of ethanol in packed-bed reactors with yeast cells immobilized on wood shaving, cane bagasse, corn leave, and corn cob lignocellulosic waste. We used glucose as a carbon source to establish the reference conditions and we made the fermentations with commercial sucrose. We also evaluated the glucose syrup obtained from cassava flour as alternative substrate. The experiments were performed on a laboratory level in column reactors of 250 mL. The cane bagasse was the material on which the highest amount of cells was immobilized. A value of 0.047 g Biomass/g Carrier (gX/gC) was obtained. For the fermentation performed with glucose, the productivity reached was 13.33 ± 1.5 g/L h. A similar value, 13.00 ± 0.02 g/L h was reached for the productivity of fermentation with sucrose. In the fermentations performed with glucose syrup, a higher amount of ethanol was obtained in the process that used corn cob as the carrier. 31.99 ± 1.93 g/L of ethanol was produced and the productivity of 10.66 ± 0.64 g/L h was reached. The results obtained have allowed us to establish the potential this lignocellulosic waste has as carriers for cell immobilization for the continuous production of ethanol, and the possibility of using glucose syrup as an alternative substrate.