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Investigadores de la UVa estudian por primera vez la fermentación de este residuo orgánico para conseguir un compuesto de uso industrial o biocarburante

El butanol es un compuesto químico que se utiliza principalmente para dos funciones: como reactivo para la obtención de otros productos y como combustible. Tradicionalmente se obtiene mediante síntesis química utilizando materias primas fósiles, como pueden ser el petróleo o el metano, demandando, por una parte un elevado gasto energético y, por otro, mayores costes de producción. En este punto, investigadores de la Universidad de Valladolid han optado por explorar una novedosa tecnología que utiliza la fermentación del bagazo de cerveza para la obtención del compuesto químico. De esta forma, el estudio presente se convierte en pionero en el empleo de este residuo orgánico, al que logran otorgarle una segunda función, para la obtención del butanol.

“El bagazo de cerveza es el residuo obtenido tras la producción de mosto en la fabricación de cerveza y representa un 85% de los residuos generados en el proceso con un alto contenido en carbohidratos que pueden ser utilizados en la obtención de butanol", explica María Teresa García Cubero, profesora de Ingeniería Química de la Universidad de Valladolid. En el estudio recientemente publicado en la revista Biomass and Bioenergy se detalla un proceso con el que se logra la transformación de los azúcares procedentes de este residuo en butanol mediante el empleo de microorganismos. La novedad del estudio se basa en la separación del producto obtenido en la fermentación mediante la tecnología de arrastre con gas, consiguiendo la recuperación del butanol. Mediante esta técnica, el butanol es arrastrado junto con otros gases existentes en el fermentador hasta un condensador en el que finalmente el producto se recoge en forma líquida y los gases no condensables son recirculados al fermentador.

Tradicionalmente esta tecnología se ha aplicado a procesos denominados fed-batch (alimentación por lotes), sin embargo, el estudio plantea por primera vez la alimentación continua de azúcares. El resultado de este novedoso proceso es un butanol más concentrado y estable en el condensado, con una mayor pureza, lo que además permite, según la investigadora, “incrementar el tiempo de utilización del biorreactor, de manera que se conseguiría obtener más producto con la misma materia prima, lo que se traduce en un mayor rendimiento y un menor gasto energético".

Las conclusiones extraídas de este proyecto han permitido además elaborar un modelo matemático que incluye las principales variables que influyen en el proceso. De esta forma, su aplicación permite predecir y optimizar, a priori, el resultado del proceso de obtención del butanol, modificando los diferentes parámetros de la ecuación de dicho modelo, como pueden ser la concentración de azúcares u otros compuestos presentes en la materia prima, el tiempo de operación en el biorreactor, etc.


El papel de la glucosa

La glucosa tiene una labor fundamental en este proceso. Es el sustrato que utilizan los microorganismos para alimentarse con el fin de, posteriormente, poder convertirse en butanol. La investigadora explica que lo que se necesita es obtener dicha glucosa a partir del residuo orgánico, en este caso, el bagazo de cerveza, que está compuesto principalmente de carbohidatros, una estructura molecular formada por celulosa y hemicelulosa que no pueden asimilar directamente los micoroorganismos. Por esta razón, se debe obtener unas moléculas más sencillas. “Para conseguir unidades de azúcares más pequeñas, se realiza una hidrólisis, en la que mediante la adición de enzimas (catalizadores biológicos específicos), se rompen las cadenas de celulosa y hemicelulosa, obteniéndose glucosa u otros azúcares que puedan estar formando parte de la materia prima. En nuestro caso, por ejemplo, obtenemos también xilosa", expone García Cubero.

Existen otros estudios que han investigado esta técnica con diferentes residuos orgánicos como la paja de arroz. Sin embargo, la Universidad de Valladolid es la primera en experimentar con el bagazo de cerveza gracias a diferentes proyectos financiados por el Ministerio de Economía y Competitividad de España (proyecto CTQ2014-58777-R) y la Junta de Castilla y León (VA 010P17) y que ha tenido continuidad gracias a la beca pre-doctoral de la Junta de Castilla y León, del investigador Pedro E. Plaza. “Actualmente tenemos otro proyecto financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación en el que seguimos profundizando en esta tecnología para producir butanol a partir de otros residuos orgánicos. Siempre hemos intentado trabajar en el ámbito de la industria agroalimentaria que es un sector puntero en Castilla y León y que genera un volumen importante de residuos. Así, colaboramos con empresas del sector hortofrutícola, procesando residuos como son el destrío de distintas verduras o vegetales (rechazo de aquel material que no cumple las especificaciones en cuanto a calidad de producto). Por ello, en la actualidad estamos trabajando con destrío de zanahoria, remolacha roja o guisantes entre otros productos y así conocer su potencial en la obtención de butanol", concluye la investigadora.

 

Bibliografía: Pedro E. Plaza, Mónica Coca, Susana Lucas Yagüe, Gloria Gutiérrez, Eloísa Rochón, M. Teresa García-Cubero, Bioprocess intensification for acetone-butanol-ethanol fermentation from brewer"s spent grain: Fed-batch strategies coupled with in-situ gas stripping,Biomass and Bioenergy, Volume 156, 2022, 106327, ISSN 0961-9534, https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2021.106327

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