Producción de azúcares fermentables por hidrólisis enzimática de cascarilla de arroz pretratada mediante explosión con vapor

Abstract

RESUMEN

Dentro de las alternativas propuestas para el aprovechamiento de materiales lignocelulósicos se incluye su transformación en azúcares, que luego se usan como materia prima en la producción de etanol. Según Fedearroz, el sector arrocero colombiano genera alrededor de 400000 t/año de cascarilla de arroz, compuesta por lignina, celulosa y hemicelulosa, por lo que se considera un sustrato adecuado para la producción de azúcares dada su disponibilidad y su relativo bajo costo. Sin embargo, para un adecuado proceso de producción de azúcares fermentables es necesaria la aplicación de pretratamientos que modifiquen la estructura compleja de este material. Uno de los tratamientos utilizados es el de explosión con vapor, en el cual el material lignocelulósico se pone en contacto con vapor saturado a temperaturas entre 190-230ºC, durante tiempos definidos, luego de los cuales se realiza una descompresión súbita, ocasionando desagregación y destrucción parcial de los enlaces lignina-carbohidrato, obteniendo como resultado un material cuya celulosa es más accesible a la hidrólisis enzimática. Este tratamiento también se ha estudiado utilizando catalizadores ácidos (sulfúrico), el cual es promisorio pues se logran mayores valores en la hidrólisis enzimática. Sin embargo ésta última tecnología no ha sido evaluada con cascarilla de arroz, por lo que en este trabajo se estudió la explosión con vapor a 190°C (10 y 25 min) de cascarilla impregnada con agua y una solución de ácido sulfúrico 0,5% v. Como resultado, se logró solubilizar parcialmente la hemicelulosa y afectar la estructura del material, con lo que se aumentó la producción de azúcares a partir de cascarilla, obteniéndose una máxima recuperación global de glucosa (tratamiento e hidrólisis enzimática) de 14,98% p (0,5% v H2SO4, 25 min, 190°C); este valor es muy superior al 0,7% p logrado con material sin tratar.

Palabras clave: azúcares fermentables, lignocelulósicos, aprovechamiento de biomasa, arroz.

ABSTRACT

One of the alternatives proposed as sustainable option for exploiting lignocellulosic materials is their conversion to fermentable sugars to produce feedstock for ethanol. Rice Industry in Colombia generates 400000 tons per year of rice husks, a high availability and low cost material which basic is composed by lignin, cellulose and hemicellulose; resulting in an adequate substrate for sugar conversion. However, this feedstock must be pretreated in order to improve the sugar fermentation process by modifying its complex structure. One effective method is the steaming explosion, which is carried out through exposing the lignocellulosic material to steam at fixed temperature between 190–230ºC. After a specific steaming time the substrate undergoes sudden decompression forcing the disintegration and partial destruction of the lignin-carbohydrate bonds; resulting in a new material where the exposure of cellulose to enzymatic hydrolysis is higher. The same treatment has been applied using acid catalysts (sulfuric acid) resulting in higher yields during the enzymatic hydrolysis. The last technology has not been evaluated on rice husk; this work steaming explosion process applied at 190°C (10 y 25 min) to rice husks impregnated with both water and 0.5% v sulfuric acid. The results show partial solubilization of hemicellulose and clear degradation of the material structure, reflected in an increased sugars production by the enzymatic hydrolysis. A maximum glucose yield for pretreatment and enzymatic hydrolysis of 14,98% w was achieved (0.5% v H2SO4, 25 minutos, 190°C), a considerable superior value than 0.7% w obtained for the untreated material.

Keywords: fermentable sugars, lignocellulosic materials, biomass exploitation, rice.