Aprovechamiento de la vaina de mezquite para la producción de etanol utilizando Z. mobilis

Abstract

Los mezquites (Prosopis spp.) son leguminosas ampliamente distribuidas en zonas áridas y semiáridas de América. En México ocupan cerca de 4 millones de hectáreas produciendo en promedio 4.5 t/ha de vaina al año representando una fuente local importante de productos. Su aprovechamiento constituye una alternativa viable para la producción de bioetanol y el desarrollo de cadenas de valor sostenibles. En este estudio se evaluó la producción de etanol a partir de harina de vaina de mezquite (HVM) utilizando Zymomonas mobilis como biocatalizador. Realizando una comparación con Saccharomyces cerevisiae, empleando medios definidos y a base de HVM. Durante la fase de generación de biomasa, Z. mobilis alcanzó una densidad óptica máxima de 9.9 a las 6 h de cultivo, manteniendo su viabilidad durante 96 h, con velocidades de consumo de azúcares de 5.98 ± 1.86 g/L·h en medio definido y 4.66 ± 0.67 g/L·h en HVM, sin diferencias significativas respecto a S. cerevisiae. Mediante un diseño Box–Behnken y la Metodología de Superficie de Respuesta se optimizaron pH, concentración de azúcares, fuente de nitrógeno y densidad óptica inicial. Las condiciones óptimas (pH 6, 200 g/L de azúcares, 0.5 g/L de (NH₄)₂SO₄ y OD₆₀₀ = 8) permitieron alcanzar 33.5 g/L de etanol en el sobrenadante y 478.2 g/L en el destilado, con una recuperación del 13.7 %. Los resultados demuestran la eficiencia de Z. mobilis para la producción de etanol a partir de HVM, resaltando su potencial como biocatalizador para el aprovechamiento de recursos locales y el desarrollo de bioprocesos sostenibles.

Mesquite trees (Prosopis spp.) are legumes widely distributed in arid and semi-arid areas of America. In Mexico, they occupy nearly 4 million hectares, producing an average of 4.5 t/ha of pods per year, representing an important local source of products. Their use is a viable alternative for bioethanol production and the development of sustainable value chains. This study evaluated ethanol production from mesquite pod meal (MPM) using Zymomonas mobilis as a biocatalyst. A comparison was made with Saccharomyces cerevisiae, using defined and HVM-based media. During the biomass generation phase, Z. mobilis reached a maximum optical density of 9.9 at 6 h of culture, maintaining its viability for 96 h, with sugar consumption rates of 5.98 ± 1.86 g/L·h in defined medium and 4.66 ± 0.67 g/L·h in HVM, with no significant differences compared to S. cerevisiae. Using a Box–Behnken design and the Response Surface Methodology, pH, sugar concentration, nitrogen source, and initial optical density were optimized. The optimal conditions (pH 6, 200 g/L of sugars, 0.5 g/L of (NH₄)₂SO₄, and OD₆₀₀ = 8) allowed 33.5 g/L of ethanol to be achieved in the supernatant and 478.2 g/L in the distillate, with a recovery of 13.7%. The results demonstrate the efficiency of Z. mobilis for ethanol production from HVM, highlighting its potential as a biocatalyst for the use of local resources and the development of sustainable bioprocesses.