Conversión de residuos agrícolas a azúcares fermentables útiles para la producción de bioeteanol

Abstract

La biomasa lignocelulósica es considerada como la principal fuente renovable de materia orgánica. Entre las distintas fuentes de biomasa, la lignocelulósica procedente de cultivos agrícolas, tiene un lugar importante en México, esto debido a la gran extensión del territorio mexicano destinado al cultivo de productos agrícolas como maíz, frijol, trigo, sorgo y cebada. El maíz es la especie más cultivada en el país y su cosecha genera anualmente más de 25 millones de toneladas de residuos, de los cuales, la hoja de maíz destaca por la alta cantidad de celulosa, su estructura y su baja cantidad de lignina en comparación con otros residuos de la planta. El aprovechamiento de este residuo mediante el concepto de biorrefinería, es una alternativa para la producción de energía, productos químicos y combustible. En este trabajo se plantea el aprovechamiento de la hoja de maíz, sometiéndola a un proceso de criofracción como pretratamiento previo a su hidrólisis enzimática en el que se emplearon enzimas producidas por 3 microorganismos a partir de un sistema de inmersión temporal (Pleurotus) y un sistema de cultivo sumergido (A. niger, Penicillium spp.). Finalmente se realizó fermentación empleando Zymomonas mobilis.Los extractos enzimáticos obtenidos presentaron actividad de CMCasa (0.2255 U mg-1), xilanasa (4.3479 U mg-1) y lacasa (2.986 U L-1). La temperatura y la concentración de sólidos resultaron ser factores significativos en el proceso de hidrólisis, siendo este favorecido a 45 °C usando una concentración de sólidos de 10 %. La hidrólisis de las hojas de maíz produjo una concentración de azúcares reductores de 8 g L-1. Al suplementar el hidrolizado con dextrosa y xilosa, se obtuvo mediante fermentación con Zymomonas mobilis una producción de 9 g L-1 de etanol.

Lignocellulosic biomass is considered the primary renewable source of organic material. Among various sources of biomass, lignocellulosic biomass from agricultural crops holds a significant position in Mexico, owing to the vast expanse of Mexican land dedicated to cultivating agricultural products such as corn, beans, wheat, sorghum, and barley. Maize, the most cultivated species in the country, generates over 25 million tons of waste annually, with corn husk standing out due to their high cellulose content, distinct structure, and relatively low lignin content compared to other maize plant residues. The utilization of this residue through the concept of biorefinery offers an alternative for energy, chemical, and fuel production. This study presents the utilization of corn husk, subjecting them to a cryofraction process as a pre-treatment prior to enzymatic hydrolysis, wherein lignocellulolytic enzymes produced by three microorganisms were employed. These enzymes were obtained through a temporary immersion system (Pleurotus) and a submerged culture system (A. niger, Penicillium spp.). Subsequently, fermentation was conducted using Zymomonas mobilis. The enzymatic extracts obtained exhibited CMCase activity (0.2255 U mg-1), xylanase activity (4.3479 U mg-1), and laccase activity (2.986 U L-1). Temperature and solid concentration emerged as significant factors in the hydrolysis process, favoring conditions at 45 °C with a solid concentration of 10 %. The hydrolysis of corn husk yielded a concentration of reducing sugars of 8 g L-1. Through the supplementation of the hydrolysate with dextrose and xylose, a production of 9 g L-1 of ethanol was achieved via fermentation with Zymomonas mobilis.