Hidrólisis enzimática, etapa indispensable para producir bioetanol

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 11 de mayo de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- En la actualidad, el desarrollo científico y tecnológico para la producción de biocombustibles alternativos se ha convertido en una prioridad en un contexto nacional con aumentos en el costo de combustibles fósiles y la necesidad de energías sustentables para beneficio del medio ambiente. 

La producción de bioetanol, a partir de residuos agroindustriales y bajo un concepto de biorrefinería, es una alternativa viable dentro del área de los biocombustibles. Para generar este combustible sustentable es fundamental la etapa de hidrólisis enzimática, una fase muchas veces poco conocida dentro de este tema.

La hidrólisis enzimática tiene como finalidad producir azúcares fermentables, es decir, glucosa, mediante el uso de enzimas. Estos azúcares son fermentados y se obtiene el bioetanol. Por tanto, optimizar la etapa de hidrólisis enzimática representa, en consecuencia, mejorar la producción de este combustible alternativo.  

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, la ingeniera química Marcela Sofía Pino Alfaro, estudiante de la maestría en ciencia y tecnología en alimentos de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec) y colaboradora del proyecto, explica la importancia de la etapa de hidrólisis enzimática y cómo en el Departamento de Investigación en Alimentos (DIA) de la Facultad de Ciencias Químicas buscan mejorar esta fase para la producción de bioetanol para aprovechar residuos agroindustriales abundantes en México, a través de un proyecto de Ciencia Básica-Conacyt.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Qué es la hidrólisis enzimática?

Marcela Sofía Pino Alfaro (MSPA): La hidrólisis enzimática es la segunda etapa del proceso de producción de bioetanol a partir de una biomasa lignocelulósica.

La biomasa puede ser de diferentes tipos, pero nosotros trabajamos con biomasa lignocelulósica que, por lo general, son residuos agroindustriales o forestales principalmente; en este caso, el bagazo de agave que es un residuo agroindustrial compuesto principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina. Se busca aprovechar estos tres diferentes compuestos obtenidos a partir de este residuo.

En este caso, la biomasa lignocelulósica es sometida a tres etapas para la producción de bioetanol. Primero hay una etapa de un pretratamiento, en la cual se busca modificar la estructura del material que está compuesto principalmente por celulosa, hemicelulosa y lignina, para posteriormente pasar a esta etapa de hidrólisis enzimática y, finalmente, una etapa de fermentación.

La hidrólisis enzimática hidroliza la celulosa que se encuentra contenida en el material lignocelulósico, para despolimerizarla en monómeros de glucosa, es decir, obtener azúcares fermentables. Esto se lleva a cabo por la acción de un complejo enzimático, que son unas enzimas llamadas celulasas que se encargan de cortar los enlaces beta-1,4-glucosídico de la celulosa para liberar estos monómeros de glucosa que posteriormente pasan a una etapa de fermentación.

AIC: ¿Por qué es importante la hidrólisis enzimática?

MSPA: Es una etapa indispensable para la producción de bioetanol. Es la segunda etapa del proceso de producción de bioetanol y es en esta donde se obtienen los monómeros de glucosa que son los que, posteriormente, se fermentarán a través de una levadura para la producción del bioetanol.

AIC: ¿Qué están trabajando respecto a este tema en el DIA?

MSPA: Nuestro objetivo principal es estudiar los mecanismos por los cuales se puede inhibir esta enzima, ya que existen diferentes compuestos que pueden inhibirla, entre ellos está la lignina que es uno de los principales componentes del material lignocelulósico.

De acuerdo con la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (Sagarpa), el tequila ya es comercializado en 98 países, con ventas que alcanzan un volumen superior a los 196 millones 736 mil litros en 2016 y un valor estimado en mil 203 millones de dólares. De 2014 a 2016, las exportaciones de este producto promediaron mil 187 millones de dólares y 188.9 millones de litros.

Es un proyecto de Ciencia Básica-Conacyt y consiste en el estudio de inhibición de la enzima celulasa sobre bagazo de agave pretratado hidrotérmicamente, en el que se busca aprovechar este bagazo de agave que generan las tequileras. Primero se le hace un tratamiento hidrotérmico donde el bagazo de agave es sometido a altas presiones y temperaturas en un medio acuoso, con el objetivo de solubilizar la hemicelulosa y obtener un sólido rico en celulosa y lignina para la etapa de hidrólisis enzimática. Ya en la hidrólisis enzimática se busca despolimerizar la celulosa en monómeros de glucosa con la acción de la enzima celulasa.

AIC: ¿Qué resultados han obtenido hasta el momento de este proyecto?

MSPA: Hemos trabajado diferentes cargas de sólidos pretratados, desde uno por ciento de carga de sólidos hasta 30 por ciento. Actualmente se han obtenido los mejores resultados con una carga de sólidos de 20 por ciento, es decir, las mayores concentraciones de glucosa, que es lo que nosotros buscamos, para que, con una mayor concentración de glucosa, esta pueda dar lugar a mayores concentraciones de etanol en la etapa de fermentación.

AIC: ¿En qué áreas puede tener aplicación este proyecto?

MSPA: El bagazo de agave está siendo poco aprovechado en México y es una materia prima muy promisoria, ya que en 2016 se consumieron alrededor de 960 mil toneladas de Agave tequilana que es el que utilizamos, del cual 40 por ciento termina siendo un residuo. Esta es una alternativa para aprovechar este residuo que generan las tequileras para la producción de bioetanol o la producción de diferentes productos de alto valor agregado, como son compuestos fenólicos, incluso la lignina que tiene diferentes aplicaciones.

AIC: ¿Cuál es el futuro del proyecto?

MSPA: Actualmente con la parte experimental que ya se obtuvo, se comenzará a trabajar una parte de modelamiento matemático, con modelos ya existentes para lograr ajustar nuestros resultados a estos modelos y poder estudiar los mecanismos de inhibición de la enzima, principalmente por la presencia de lignina.

 Ingeniera química Marcela Sofía Pino Alfaro.

 

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