FERMENTACION ALCOHOLICA BIOETANOL

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1 FERMENTACION ALCOHOLICA BIOETANOL

2 1. Definición La fermentación puede definirse como un proceso de biotransformación en el que se llevan a cabo cambios químicos en un sustrato orgánico por la acción de enzimas sintetizadas por microorganismos conocidos como catalizadores bioquímicos o biocatalizadores, en este caso capaces de convertir las hexosas del mosto en etanol cuando las condiciones son anaeróbicas. 2. Proceso de producción El objetivo de la fermentación alcohólica es la obtención de bioetanol de 2ª generación mediante la fermentación de los azúcares contenidos en los residuos orgánicos. El 96% de la producción de etanol la llevan a cabo diferentes especies de levaduras debido a su alta productividad en la conversión de azúcares a etanol y a que se separan mejor después de la fermentación. Entre las especies más utilizadas están: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces anamensisi, Saccharomyces carlsbergensis. Candida seudotropicalis, Candida bytyrii, Kluyveromyces marxianus, Pichia stipatis, Pichia membranaefaciens y Schizosaccharomyces pombe. Los sistemas biológicos discontinuos para la producción de etanol se inician en aerobiosis, para obtener la máxima biomasa posible, ya que si las condiciones anaerobias empiezan demasiado pronto la población no será lo suficientemente grande como para obtener una buena velocidad de conversión a etanol. Se distinguen por lo tanto dos fases: Fase aerobia: es una fase de crecimiento en la cual la glucosa pasa a dióxido de carbono. Fase anaerobia: es la fase de producción de etanol; la glucosa pasa a etanol y dióxido de carbono. Incluso en la fase anaerobia será necesaria una cierta presencia de oxígeno, ya que las levaduras lo necesitan para producir sus esteroles y sus ácidos grasos insaturados de membrana. 1

3 La producción de etanol se lleva a cabo en tres etapas: Preparación de la solución de nutrientes: Esta etapa incluye todo el tratamiento que se requiere para extraer de la materia prima los azúcares fermentables a fin de lograr una fermentación sustentable. Durante la extracción de azúcares los compuestos minerales y orgánicos pasan parcialmente al mosto, junto con los azúcares constituyen un excelente sustrato para el desarrollo del biocatalizador. Los más importantes son los fosfatos, las sales de magnesio y de amonio y los aminoácidos: asparagina, glutamina y leucina, que actúan como factores de crecimiento (Crueger y Crueger, 1993). Fermentación La fermentación es la etapa principal del proceso, no solo porque en ella se produce el etanol, sino porque se reproduce la masa fundamental de microorganismos y además por formarse aquí los productos secundarios. Para la fermentación además del mosto se requiere un biocatalizador que sea capaz de atacar enzimáticamente determinados grupos químicos del sustrato, ya sea por hidrólisis, oxidación, reducción u otros medios. Los sustratos orgánicos sobre los que actúan los microorganismos tienen un doble papel: el primero como fuente de nutrientes para dicho biocatalizador y el segundo como fuente de energía. Mediante la acción de dichos microorganismos o biocatalizadores, que pueden ser tanto levaduras como bacterias, se transforma el azúcar en alcohol. Esto se deba a que éstos bajo condiciones de crecimiento anaeróbico, tienen la habilidad de utilizar la glucosa mediante la compleja vía de Embden Meyerhof Parnas (Baily y Ollis, 1986); a través de esta vía, el piruvato producido durante el catabolismo es procesado por la piruvato descarboxilasa a acetaldehído y CO 2. Se produce entonces etanol a partir de acetaldehído mediante la reducción por la enzima alcohol deshidrogenasa. Destilación La destilación es la etapa que exige mayor energía de todo el proceso. Debido a esto, las mejoras en el proceso de destilación tendrán mayor impacto sobre el éxito del proceso global. 2

4 La destilación consiste en aplicar calor a una mezcla de líquidos, con diferentes puntos de ebullición, de manera que uno pase a vapor y se condense después en una columna de destilación. En la producción de etanol como componente para mezclar con la gasolina, una etapa adicional es la deshidratación hasta el 99.4% o mayor, utilizando benceno o ciclohexano para atrapar el agua. En este caso el destilado azeotrópico se decanta con una etapa adicional de rectificación para la recuperación del agente extractante. El éxito del proceso viene dado por la interacción óptima de variables tales como: concentración de azúcar (Gaden, 2000), ph, concentración de O 2 y temperatura (Stanbury y Whitaker, 2003). Asimismo su progreso se contola mediante el crecimiento celular del biocatalizador, el consumo de sustratos y la aparición del producto. 3. Productos/ Subproductos Obtenidos El producto obtenido es bioetanol de 2ª generación, considerado uno de los sustitutos más prometedores de la gasolina. El bioetanol producido actualmente a nivel industrial a partir de las materias primas sacaroideas y amiláceas forma parte de los denominados combustibles de primera generación. El principal problema derivado de la producción de bioetanol a partir de este tipo de biomasa es el elevado coste de la materia prima, ya que dichas biomasas están ligadas a l mercado alimentario, lo que repercute en el precio final del producto. Por su parte el bioetanol obtenido de descartes agroalimentarios puede ser considerado bioetanol de segunda generación y se presenta como alternativa de futuro a los biocombustibles de primera generación (Sánchez y Cardona, 2008). 3

5 4. Idoneidad de Subproductos Según la FAO, la fermentación alcohólica puede ser una alternativa viable de ser aplicada al tratamiento y revalorización de los desechos orgánicos de las agroindustrias, dado que se estima que estos comprenden aproximadamente el 50 % de la biomasa en todo el mundo. La selección de la materia prima más apropiada para la producción de etanol, depende fuertemente de las condiciones locales. A la hora de seleccionar el sustrato fermentativo más adecuado para este proceso se deben tener en cuenta algunas premisas que aseguren su factibilidad. El sustrato debe ser fermentable; disponible: en cantidad; calidad, oportunidad y precio; almacenable durante el período requerido; esterilizable; de composición poco variable; carente de residuos que no puedan ser tratados o eliminados; y además, tener energía potencial elevada. (Garden, 2000). 5. Ventajas e Inconvenientes Ventajas de la fermentación alcohólica Bajo nivel de emisiones. Aprovechamiento total de la biomasa. Inconvenientes de la fermentación alcohólica Elevado coste de inversión. Problemas logísticos relacionados con el abastecimiento de materias primas para las plantas de producción. Limitación de la pureza del bioetanol (95 96%). 4

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