Obtención de un biocatalizador para la hidrólisis de residuos deslignificados de la caña de azúcar (2018)
La alta producción de residuos anuales de la caña de azúcar (principalmente hojas y cogollos) que varía entre 6 a 12 millones de toneladas, es una fuente importante de biomasa lignocelulosica con contenidos promedio en base seca de celulosa 42% p/p, hemicelulosa 21% y lignina 20%. Esta caracterización permite identificar que estos residuos son ideales para la obtención de biocombustibles a partir de azucares reductores, en un proceso hidrolítico catalizado por enzimas. La hidrolisis enzimática presenta grandes beneficios como no toxicidad, alta selectividad o la disminución de inhibidores, que son causantes de que según un estudio de la BCC Research se estime que entre los años 2015-2020, la tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) para las enzimas aplicadas a biocombustibles será del 10.4%. Este mercado nuevo de enzimas que desplaza a las anteriores, cada vez más efectivas y con menor costo de producción, plantea la necesidad de nuevos estudios. El objetivo de este trabajo fue la definición de un cóctel enzimático para facilitar la hidrólisis de residuos pretratados de caña de azúcar (hojas y cogollos), evaluando la sinergia existente entre las actividades celulasa y hemicelulasa principalmente. Bajo las condiciones de operación estudiadas, se encontró que el porcentaje de sacarificación incrementa conforme aumenta la carga enzimática (mL de enzima/g de sustrato), y es indiferente a la relación volumétrica de las enzimas seleccionadas (Cellic CTec2 y Cellic HTec2). Se seleccionó como el mejor cóctel enzimático, aquel con un perfil de actividades enzimáticas de 86.05 FPU/mL para celulasa total, 2956.98 U/mL para xilanasa, 4.43 UI/mL para exoglucanasas y 1850 CMC/mL para endoglucanasas. Con este cóctel se lograron porcentajes de sacarificación de hasta aproximadamente un 76% en 12 horas y de hasta 90% en 48 horas para una carga enzimática cercana a 0.46 mL/g. Una reproducibilidad del doble y cuatro veces el volumen trabajado, visualizó que los resultados son extrapolables a nivel de laboratorio, además de la determinación de las constantes cinéticas Vmax (2.036 g/h) y Km (3.955 g/mL) del modelo de Michaelis Mentel que reflejaron que el complejo E/S está fuertemente unido. Referente al análisis económico, se observó que el escenario de altas relaciones C/S de 0.4, tiempos entre 36 y 48h, y precios de enzimas de 0.5 USD/ gal de etanol favorece la rentabilidad del proceso.