Sacarificación y fermentación simultánea de la cáscara de Jatropha curcas pretratada hidrotérmicamente para producción de bioetanol

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.15517/ri.v32iNE1.46884

Palabras clave:

Bioenergía; bioetanol; cáscara de Jatropha curcas; pretratamiento con agua caliente, sacarificación y fermentación simultánea

Resumen

La biomasa proveniente de Jatropha curcas ha sido estudiada como materia prima para la obtención de energía renovable debido a que es un cultivo no alimentario. Uno de los procesos más prometedores para producir etanol a partir de biomasa lignocelulósica es la sacarificación y fermentación simultáneas (SSF). En otros estudios realizados, con experimentos SSF, se ha evaluado la conversión de glucano en etanol a partir de la cáscara de Jatropha pretratada en medio ácido o alcalino pero no a través de procesos hidrotérmicos. En el presente estudio, la cáscara de Jatropha curcas fue pretratada hidrotérmicamente con agua caliente a 200 °C por 15 min, y ensayada en experimentos de SSF con un coctel enzimático (Cellic CTec 2) y levadura comercial (Saccharomyces cerevisiae). Diferentes cargas enzimáticas, medios estériles y tamaños de ensayo fueron usados para determinar su influencia en el rendimiento de etanol. Los resultados mostraron que, con 5% p/p de sólidos, 15 UPF/g biomasa seca, y 1mg/ml de levadura se alcanza el máximo rendimiento de etanol (0,160- 0,177 g etanol/ g biomasa seca) y conversión de celulosa (57,71- 63,90%). A través de esta investigación se propone una alternativa para el uso integral del cultivo de Jatropha curcas dentro de una economía circular.

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Biografía del autor/a

  • Danny Fabricio Sinche Arias, Instituto de Investigación Geológico y Energético, Quito, Ecuador

    Investigador Auxiliar 1

  • Valeria Estefanía Ramírez Peñaherrera, Instituto de Investigación Geológico y Energético, Quito, Ecuador

    Analista Técnico de la Innovación 3

  • Cristhian Mauricio Velalcázar Rhea, Instituto de Investigación Geológico y Energético, Quito, Ecuador

    Técnico 1

Referencias

Z. Kádár, Z. Szengyel y K. Réczey, “Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of industrial wastes for the production of ethanol”, Ind. Crops Prod., vol. 20, no. 1, pp. 103–110, 2004, doi: 10.1016/j.indcrop.2003.12.015.

J. Choudhary, S. Singh y L. Nain, “Thermotolerant fermenting yeasts for simultaneous saccharification fermentation of lignocellulosic biomass”, Electron. J. Biotechnol., vol. 21, pp. 82–92, 2016, doi: 10.1016/j.ejbt.2016.02.007.

A. Saxena, S. K. Garg y J. Verma, “Simultaneous saccharification and fermentation of waste newspaper to ethanol”, Bioresour. Technol., vol. 42, no. 1, pp. 13–15, 1992, doi: 10.1016/0960-8524(92)90082-9.

J. Ko, J. Bak, M. Jung et al., “Ethanol production from rice straw using optimized aqueous-ammonia soaking pretreatment and simultaneous saccharification and fermentation processes”, Bioresour. Technol., vol. 100, no. 19, pp. 4374–4380, 2009, doi: 10.1016/j.biortech.2009.04.026.

P. Alvira, E. Tomás-Pejó, M. Ballesteros y M. J. Negro, “Pretreatment technologies for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis: A review”, Bioresour. Technol., vol. 101, no. 13, pp. 4851–4861, 2010, doi: 10.1016/j.biortech.2009.11.093.

W. Zhang, Y. Lin, Q. Zhang, X. Wang, D. Wu y H. Kong, “Optimisation of simultaneous saccharification and fermentation of wheat straw for ethanol production”, Fuel, vol. 112, pp. 331–337, 2013, doi: 10.1016/j.fuel.2013.05.064.

P. Manzanares, “Integrated hydrolysis, fermentation and co-fermentation of lignocellulosic biomass”, Bioalcohol Prod. Biochem. Convers. Lignocellul. Biomass, pp. 205–223, 2010, doi: 10.1533/9781845699611.3.205.

J. D. Wright, C. E. Wyman y K. Grohmann, “Simultaneous saccharification and fermentation of lignocellulose - Process evaluation”, Appl. Biochem. Biotechnol., vol. 18, no. 1, pp. 75–90, 1988, doi: 10.1007/BF02930818.

López-Gutiérrez, I., Razo-Flores, E., Méndez-Acosta, H.O. et al., Optimization by response surface methodology of the enzymatic hydrolysis of non-pretreated agave bagasse with binary mixtures of commercial enzymatic preparations. Biomass Conv. Bioref. (2020). https://doi.org/10.1007/s13399-020-00698-x.

V. C. Pandey, K. Singh, J. S. Singh, A. Kumar, B. Singh y R. P. Singh, “Jatropha curcas: A potential biofuel plant for sustainable environmental development”, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 16, no. 5, pp. 2870–2883, 2012, doi: 10.1016/j.rser.2012.02.004.

V. Ramírez, J. Martí-Herrero, M. Romero y D. Rivadeneira, “Energy use of Jatropha oil extraction wastes: Pellets from biochar and Jatropha shell blends”, J. Clean. Prod., vol. 215, pp. 1095–1102, 2019, doi: 10.1016/j.jclepro.2019.01.132.

IICA, “Proyecto Piñón en Ecuador - Galápagos el gran beneficiario Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura”.https://www.iica.int/es/prensa/noticias/proyecto-pinon-en-ecuador-galapagos-el-gran-beneficiario (accesado en 2020-04-07).

IICA, “Aceite de piñón, una oportunidad para el medio ambiente y para cientos de familias rurales de Ecuador”. https://www.iica.int/es/prensa/noticias/aceite-de-pinon-una-oportunidad-para-el-medio-ambiente-y-para-cientos-de-familias-0 (accesado en 2021-07-13).

W. Ponce, A. Viteri, R. Limongi, J. Pincay, B. Avellán y P. Moreira, “Manual de cosecha y procesamiento del grano de piñon (Jatropha curcas L.) para la obtención de biocombustible”. INIAP - Estación Experimental Portoviejo, Programa de Agroenergía, p. 38, 2020, [En línea]. Disponible en: https://repositorio.iniap.gob.ec/handle/41000/5517.

A. García, C. Cara, M. Moya et al., “Dilute sulphuric acid pretreatment and enzymatic hydrolysis of Jatropha curcas fruit shells for ethanol production”, Ind. Crops Prod., vol. 53, pp. 148–153, 2014, doi: 10.1016/j.indcrop.2013.12.029.

E. Visser, D. Filho, M. Tótola, M. Martins y V. Guimarães, “Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of Jatropha curcas shells: Utilization of co-products from the biodiesel production process”, Bioprocess Biosyst. Eng., vol. 35, no. 5, pp. 801–807, 2012, doi: 10.1007/s00449-011-0662-4.

ASTM, “D 1193 -06 (2018) Standard Specification for Reagent Water”, Annu. B. ASTM Stand., vol. 51, no. 7916, pp. 1–6, 2011, doi: 10.1520/D1193-06R18.

A. Sluiter, B. Hames, D. Hyman et al., “Determination of total solids in biomass and total dissolved solids in liquid process samples”, Lab. Anal. Proced NREL/TP-510-42621, no. Marzo 2008, p. 9.

A. Sluiter, B. Hames, R. Ruiz et al., “Determination of structural carbohydrates and lignin in Biomass”, Lab. Anal. Proced NREL/TP-510-42618, no. Abril 2008, p. 17.

B. Adney y J. Baker, “Measurement of Cellulase Activities”, Lab. Anal. Proced NREL/TP-510-42628, no. Enero 2008, p. 8.

I. Amores, I. Ballesteros, P. Manzanares, F. Sáez, G. Michelena y M. Ballesteros, “Ethanol Production from Sugarcane Bagasse Pretreated by Steam Explosion”, Electron. J. Energy Environ., vol. 1, no. 1, pp. 25–36, 2013, doi: 10.7770/ejee-v1n1-art519.

D. dos Santos, A. Rodrigues, E. Borges, J. Peña y N. Pereira, “Optimization of Fermentation Conditions for the Ethanol Production From Sugarcane Bagasse By Zymomonas Mobilis Using Response Surface Methodology”, Int. J. Adv. Res., vol. 5, no. 9, pp. 1062–1072, 2017, doi: 10.21474/ijar01/5424.

A. Villadiego, N. Sarmiento, J. León y L. Rojas, “Bioethanol Production from Yam (Dioscorea Rotundata) Using Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF)”, TecnoLógicas, vol. 24, no. 50, p. 10, 2021, doi: 10.22430/22565337.1724.

F. S. Navarro-Pineda, S. A. Baz-Rodríguez, R. Handler y J. C. Sacramento-Rivero, “Advances on the processing of Jatropha curcas towards a whole-crop biorefinery”, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 54, pp. 247–269, 2016, doi: 10.1016/j.rser.2015.10.009.

X. Zhuang, W. Wang, Q. Yu et al., “Liquid hot water pretreatment of lignocellulosic biomass for bioethanol production accompanying with high valuable products”, Bioresour. Technol., vol. 199, pp. 68–75, 2016, doi: 10.1016/j.biortech.2015.08.051.

M. Ballesteros, J. Oliva, M. Negro, P. Manzanares y I. Ballesteros, “Ethanol from lignocellulosic materials by a simultaneous saccharification and fermentation process (SFS) with Kluyveromyces marxianus CECT 10875”, Process Biochem., vol. 39, no. 12, pp. 1843–1848, 2004, doi: 10.1016/j.procbio.2003.09.011.

K. Karimi, G. Emtiazi y M. Taherzadeh, “Ethanol production from dilute-acid pretreated rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with Mucor indicus, Rhizopus oryzae, and Saccharomyces cerevisiae”, Enzyme Microb. Technol., vol. 40, no. 1, pp. 138–144, 2006, doi: 10.1016/j.enzmictec.2005.10.046.

N. Tiso, “Scale up of a solid state fermentation ( SSF ) pilot plant for the production of enzymes by lignocellulose utilization in ecosustainable applications”, University of Tuscia - Viterbo, Departement of Agrobiology and Agrochemistry, 2004.

B. Lonsane, G. Saucedo-Castaneda, M. Raimbault et al., “Scale-up strategies for solid state fermentation systems”, Process Biochem., vol. 27, no. 5, pp. 259–273, 1992, doi: 10.1016/0032-9592(92)85011-P.

N. Hassan, A. Idris, H. El-Enshasy y R. Malek, “Scaling-up of simultaneous saccharification and fermentation of lactic acid from microwave-alkali-treated empty fruit bunches”, BioResources, vol. 12, no. 4, pp. 8001–8013, 2017, doi: 10.15376/biores.12.4.8001-8013.

M. O. Abdulsattar, J. O. Abdulsattar, G. M. Greenway, K. J. Welham y S. H. Zein, “Optimization of pH as a strategy to improve enzymatic saccharification of wheat straw for enhancing bioethanol production”, J. Anal. Sci. Technol., vol. 11, no. 1, 2020, doi: 10.1186/s40543-020-00217-7.

C. Nogueira, C. Padilha y E. dos Santos, “Enzymatic hydrolysis and simultaneous saccharification and fermentation of green coconut fiber under high concentrations of ethylene oxide-based polymers”, Renew. Energy, vol. 163, pp. 1536–1547, 2021, doi: 10.1016/j.renene.2020.10.050.

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Publicado

2026-09-24

Número

Vol. 32 Núm. 1 (2022): Enero - Junio 2022

Sección

Artículos

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