Producción de bioetanol a partir de ñame (Dioscorea rotundata) empleando un proceso de sacarificación y fermentación simultánea

Palabras clave: Ñame, almidón, hidrólisis enzimática, sacarificación y fermentación simultánea, bioetanol

Resumen

El ñame es un tubérculo de almidón utilizado principalmente en alimentos, pero con un alto potencial de aplicaciones en otros campos, como la farmacéutica y la producción de bioplásticos. Colombia se encuentra entre los 12 países con la mayor producción mundial de ñame, ocupando el primer lugar en rendimiento de toneladas por hectárea plantada. La producción de ñame se ha ubicado explícitamente en la región del Caribe, y es muy poco conocida en el interior del país. Este estudio evaluó el proceso simultáneo de sacarificación y fermentación (SSF) para la producción de bioetanol a partir de ñame (Dioscorea rotundata) como materia prima utilizando la cepa de levadura Saccharomyces bayanus. Las tecnologías de producción de etanol hacen referencia a procesos de fermentación e hidrólisis de materias primas comestibles (caña de azúcar y maíz), las cuales, a nivel mundial, están bastante maduras. Por esta razón, el proceso evaluado implicó la combinación de tres pasos: 60 min de gelatinización, hidrólisis enzimática (dividida en 40 min de licuefacción con α-amilasa y 20 min de sacarificación con glucoamilasa) y 27 h de fermentación sin recuperar las enzimas añadidas. Se usaron concentraciones de 10 %, 12.5 %, 15 % y 18 % p/p de ñame en base húmeda y el monitoreo de la SSF se realizó a lo largo del tiempo de fermentación, cuantificando la concentración de azúcares reductores totales y etanol. El rendimiento de hidrólisis fue del 90 % de la masa de almidón para las concentraciones de solidos de 10 % y 15 % p/p, basado en el almidón teórico disponible en el tubérculo. Para el etanol, el mejor resultado fue de 0.19 g/Lh-1 de productividad para el ensayo de 10 % p/p de concentración de sólidos. Por lo tanto, el ñame es un material amiláceo adecuado para producir bioetanol mediante un proceso de SSF.

Biografía del autor/a

Alfredo Enrique Villadiego-del Villar, Universidad EAN, Colombia

Universidad EAN, Bogotá-Colombia, avilladi3505@universidadean.edu.co

Nicolás Sarmiento-Zea, Universidad EAN, Colombia

Universidad EAN, Bogotá-Colombia, nsarmien8056@universidadean.edu.co

Jeffrey León-Pulido, Universidad EAN, Colombia

Universidad EAN, Bogotá-Colombia, jleonp@universidadean.edu.co

Lilia Carolina Rojas-Pérez*, Universidad EAN, Colombia

Universidad EAN, Bogotá-Colombia, lcrojas@universidadean.edu.co

Referencias bibliográficas

S. Anenberg; J. Miller; D. Henze; R. Minjares, “A global snapshot of the air pollution-related health impacts of transportation sector emissions in 2010 and 2015,” The international council on clean transportation, USA, Tech. Rep., 2019. https://theicct.org/sites/default/files/publications/Global_health_impacts_transport_emissions_2010-2015_20190226.pdf

O. O. Odubanjo; A. A. Olufayo; P. G. Oguntunde, “Water Use, Growth, and Yield of Drip Irrigated Cassava in a Humid Tropical Environment,” Soil & Water Res., vol. 6, no. 1, pp. 10-20, 2011. https://doi.org/10.17221/45/2009-SWR

A. N. Acevedo Mercado; I. S. Sandoval Assia; J. G. Salcedo Mendoza, “Productive development in yam (Dioscorea trifida and Dioscorea esculenta) under different hydric conditions,” Acta agron., vol. 64, no. 1, pp. 30-35, Jan. 2015. http://dx.doi.org/10.15446/acag.v64n1.43917

K. Djaman et al.,“Crop Evapotranspiration, Irrigation Water Requirement and Water Productivity of Maize from Meteorological Data under Semiarid Climate,” Water, vol. 10, no. 4, pp. 405-422, Mar. 2018. https://doi.org/10.3390/w10040405

D. Polycarp; E. O. Afoakwa; A. S. Budu; E. Otoo, “Characterization of chemical composition and anti-nutritional factors in seven species within the Ghanaian yam (Dioscorea) germplasm,” Int. Food Res. J., vol. 19, no. 3, pp. 985-992, 2012. https://theicct.org/sites/default/files/publications/Global_health_impacts_transport_emissions_2010-2015_20190226.pdf

S. Pradyawong; A. Juneja; M. Bilal Sadiq; A. Noomhorm; V. Singh, “Comparison of cassava starch with corn as a feedstock for bioethanol production,” Energies, vol. 11, no. 12, pp. 3476-3487, Dec. 2018. https://doi.org/10.3390/en11123476

M. I. Montoya; J. A. Quintero; O. J. Sánchez; C. A. Cardona, “Economic evaluation

of the process of obtaining fuel alcohol from sugar cane and corn,” Rev. Univ. EAFIT. vol. 41, no. 139, pp. 76-87, Jun. 2005. https://publicaciones.eafit.edu.co/index.php/revista-universidad-eafit/article/view/832

H. I. Castaño; C. E. Mejía, “Ethanol production from cassava starch using the process strategy Simultaneous Saccharification-Fermentation,” Vitae, vol. 15, no. 2, pp. 251-258, 2008. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0121-40042008000200007&lng=en&nrm=iso

I. I. Mera; J. Carrera, “Obtaining glucose from yuca (manihot sculenta) starch,” Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial: BSAA, vol. 3, no. 1, pp. 54-63, Mar. 2005. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=6117970

H. Castaño-Pelaez; M. Cardona Betancur; C. Mejía- Gómez; A. Acosta-Cárdenas, “Ethanol production from cassava flour in simultaneous enzymatic hydrolysis and fermentation system,” DYNA, vol. 78, no. 169, pp. 158-166, Oct. 2011. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0012-73532011000500018&lng=en&nrm=iso

FAO, "FAOSTAT," http://www.fao.org/faostat/en/#rankings/countries_by_commodity

Y. C. Reina, “El cultivo de ñame en el Caribe colombiano,” Documentos de Trabajo Sobre Economía Regional Banco de la Republica, Colombia, Reporte Tecnico., Reporte no. 168, 2012. https://www.banrep.gov.co/sites/default/files/publicaciones/archivos/dtser_168.pdf

J. C. Udemezue; E. L. Nnabuife, “Challenges of Yam (Dioscorea sop.) Production by Farmers in Awka North Local Government Area of Anambra State, Nigeria,” Br. J. Res., vol.4, no. 2, pp. 11-14, May. 2017. https://doi.org/10.21767/2394-3718.100011

S. Papraneecharoen; N. Singphan, “Chemical properties and ethanol fermentation from Dioscorea sp,” PRRJ, vol.14, no. 1, pp. 105-116, Jan. 2019. https://li01.tci-thaijo.org/index.php/PRRJ_Scitech/article/view/146863

A. P. Moshi; J. P. Nyandele; H. P. Ndossi; S. M. Eva; K. M. Hosea, “Feasibility of bioethanol production from tubers of Dioscorea sansibarensis and Pyrenacantha kaurabassana,” Bioresource Technology, vol. 196, pp. 613-620, Nov. 2015. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.028

R. C. Agu; J. W. Walker; B. N. Okolo; A. N. Moneke; O. C. Amadi; C. N. Eze, “Bio-ethanol production from Dioscorea Bulbifera tuber (local name: “Aduegbe”)-A renewable non-cultivated, non-food, waste material in Nigeria,” J. Solid Waste Technol. Manag., vol. 40, no. 2, pp. 152-159, May. 2014. https://doi.org/10.5276/JSWTM.2014.152

C. M. Osuji; E. C. Nwanekezi; E. M Amadi; C. A. Osuji, “Yield of ethanol from enzyme-hydrolyzed yam (Dioscorea rotundata) and cocoyam (Xanthosoma sagittifolium) flours,” Niger. Food J., vol. 28, no. 2, Dec. 2010. https://doi.org/10.4314/nifoj.v28i2.62644

J. D. Murgas; M. A. Vásquez, “Evaluación de la obtención de bioetanol a partir del almidón de ñame (dioscorea rotundata, dioscorea alata y dioscorea trífida) mediante la hidrólisis enzimática y posterior fermentación,” (Tesis de Maestría), Dept. Chem. Eng., San Buenaventura Univ., Cartagena, 2012. http://bibliotecadigital.usbcali.edu.co/bitstream/10819/1142/1/EVALUACI%C3%93N%20DE%20LA%20OBTENCI%C3%93N%20DE%20BIOETANOL%20A%20PARTIR%20%20DEL%20ALMID%C3%93N%20DE%20%C3%91AME%20%28DIOSCOREA%20ROTUNDATA%2C%20DIOSC_JOS%C3%89%20MURGAS_USBCTG_2012.pdf

G. L. Miller, “Use of Dinitrosalicilic acid reagent for determination of reducing sugar,” Anal. Chem., vol. 31, no. 3, pp. 426-428, Mar. 1959. https://doi.org/10.1021/ac60147a030

T. Siriwong et al., “Cold hydrolysis of cassava pulp and its use in simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process for ethanol fermentation,” J. Biotechnol., vol. 292, pp. 57-63, Feb. 2019. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2019.01.003

L. C. Rojas-Pérez; L. A. Caicedo-Mesa; J. L. Aguilar-Arias; L. R. Martínez-Ramírez, “Evaluación de la sacarificación de yuca mediante el proceso convencional y el proceso low-energy, para su posterior determinación de la cinética de reacción” Tecnológicas., no. 21, pp. 81-98, Dec. 2008. https://doi.org/10.22430/22565337.253

E. Strak-Graczyk; M. Balcerek, “Effect of pre-hydrolysis on simultaneous saccharification and fermentation of native rye starch,” Food bioprocess tech., vol. 13, pp. 923-936, Apr. 2020. https://doi.org/10.1007/s11947-020-02434-9

F. A. Larrea et al., “Comparison of bioethanol production of starches from different andean tubers,” Chem. Eng. Trans., vol. 80, pp. 259-264, Apr. 2020. https://doi.org/10.3303/CET2080044

G. Ye; D. Zeng; S. Zhang; M. Fan; H. Zhang; J, Xie “Ethanol production from mixtures of sugarcane bagasse and Dioscorea composita extracted residue with high solid loading,” Bioresour technol., vol. 257, pp. 23-29, Feb. 2018. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.02.008

V. Puškaš; U. Miljić; J. Djuran; V. Vučurović, “The aptitude of commercial yeast strains for lowering the ethanol content of wine,” Food Sci. Nutr., vol. 8, no. 3, pp. 1489-1498, Jun. 2020. https://doi.org/10.1002/fsn3.1433

P. R. Mohan; B. Ramesh; O. V. Reddy, “Production and optimization of ethanol from pretreated sugarcane bagasse using Saccharomyces bayanus in Simultaneous Saccharification and Fermentation,” Microbiology Journal, vol. 2, no. 2, pp. 52-63, Jun. 2012. https://doi.org/10.3923/mj.2012.52.63

Cómo citar
[1]
A. E. Villadiego-del Villar, N. Sarmiento-Zea, J. León-Pulido, y L. C. Rojas-Pérez, «Producción de bioetanol a partir de ñame (Dioscorea rotundata) empleando un proceso de sacarificación y fermentación simultánea», TecnoL., vol. 24, n.º 50, p. e1724, ene. 2021.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Publicado
2021-01-30
Sección
Artículos de investigación

Métricas