Lilia Mary Miranda Ramos; Andrea Gomez Zavaglia; Katherine Shirley Lazo Cardenas; Flor Celeste Canaza Calachua; Christopher Eduardo Ticona Ticona

Objetivo

Optimizar la hidrólisis enzimática y los procesos de fermentación con Scheffersomyces stipitis a partir de coronta de maíz (Zea Mays) para la obtención de bioetanol de segunda generación en la región Arequipa, Perú.

Resumen:

La siguiente investigación se desarrollará en la Escuela Profesional de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de Procesos en la Universidad Nacional San Agustín de Arequipa, tiene una duración de 18 meses aproximadamente con el objetivo de: Optimizar la hidrólisis enzimática y los Procesos de fermentación con Scheffersomyces Stipitis a partir de la coronta de maíz (Zea Mays): maíz choclo y maíz amarillo duro (MAD) para la obtención de bioetanol, con potencial de obtención de biocombustibles de segunda generación en la zona de Arequipa. En el Perú, se produce 400 mil toneladas por año aproximadamente de maíz choclo generando 200 mil toneladas como residuo de coronta de maíz choclo; así también se produce 1.2 millones de toneladas de maíz amarillo duro por año aproximadamente, generando 700 mil toneladas como residuo de coronta de maíz amarillo duro. En la región de Arequipa se produce un aproximado de 35-40 mil toneladas por año de maíz choclo y 1,0 a 1,5 mil toneladas de maíz amarillo duro por año. Se generan estos residuos de origen vegetal donde estos no son aprovechados por la industria; ya que en caso del marlo de maíz choclo usualmente estos residuos suelen ser desechados domésticamente y en caso del marlo de maíz amarillo duro son desechados y calcinados incurriendo en un impacto ambiental negativo, sin embargo estos residuos son un gran potencial para la producción de etanol generando una gran oportunidad de emprendimiento para el sector industrial. Para la caracterización de la coronta de maíz amarillo duro se utilizarán los siguientes métodos: Método Jayme-Wise (Determinación de Holocelulosa), Norma TAPPI T 222 os-74 (Determinación de Lignina) y Norma TAPPI T 15 os-58 (Determinación de Cenizas). Con este fin, se busca optimizar el rendimiento de azúcares reductores mediante un pretratamiento con H2SO4 y con Tween 80, que hidrolizará parcialmente la lignina y hemicelulosa presente, dando acceso a la celulosa para un siguiente proceso de hidrólisis enzimática; se evaluará el rendimiento de azúcares reductores en función de la concentración enzimática, tamaño granulométrico del sustrato, temperatura y tiempo; para la determinación de las variables relevantes y óptimas que influyen considerablemente en el proceso de hidrólisis enzimática [los azúcares reductores obtenidos serán cuantificados mediante el método DNS (Método del ácido 3,5 dinitrosalicilico)]. Para optimizar el rendimiento de etanol obtenido, se espera aprovechar todos los monómeros provenientes de la hidrólisis enzimática con el uso de Scheffersomyces Stipitis que adicionalmente aprovecha xilosa y arabinosa, en comparación a las otras especies, como Sacharomyces Cerevisae que sólo aprovecha glucosa y galactosa; se evaluará el rendimiento de etanol obtenido en función de la concentración de Scheffersomyces Stipitis, pH, temperatura y tiempo; se presume determinar las variables óptimas de fermentación con el rendimiento de etanol obtenido, que se determinará con el método Kit Megazyme.

Palabras clave

Zea Mays, Coronta u Olote, Hidrólisis enzimática, Fermentación, Scheffersomyces stipitis, UNSA, Arequipa,

Problema central

La obtención de etanol a partir de material lignocelulósico de coronta de maíz amarillo duro (Zea Mays) es un proceso complejo debido a la poca accesibilidad a la celulosa, pues forma parte de una matriz entremezclada con lignina y hemicelulosa; es por ello que son necesarios pretratamientos que degradan la hemicelulosa, permitiendo una mayor accesibilidad a la celulosa, y facilitando el proceso de hidrólisis enzimática. Para la fermentación es necesario contar con un microorganismo que haga posible la producción de etanol a partir de monómeros provenientes de la celulosa (glucosa), y hemicelulosa (xilosa, arabinosas, galactosa, manosa, glucosa y ácido glucurónico); el uso de Sacharomyces cerevisiae no hace posible el aprovechamiento total de estos monómeros obtenidos por la hidrólisis, ya que los monómeros de xilosa y arabinosa provenientes de la hemicelulosa no son aprovechados; por ello se plantea el uso de Scheffersomyces stipitis, que aprovecha xilosa, arabinosa, galactosa y glucosa con mayor significancia, para mejorar el rendimiento de etanol en el proceso.

Hipótesis planteada

Se estima maximizar el rendimiento de azúcares reductores mediante un pretratamiento con H2SO4 y con Tween 80, que hidrolizará parcialmente la lignina y hemicelulosa presente, dando acceso a la celulosa para un siguiente proceso de hidrólisis enzimática; se evaluará el rendimiento de azúcares reductores en función de la concentración enzimática, tamaño granulométrico del sustrato, temperatura y tiempo para la determinación de las variables relevantes que influyen considerablemente en el proceso de hidrólisis enzimática con el fin de determinar sus parámetros óptimos . Para maximizar el rendimiento de etanol obtenido, se espera aprovechar todos los monómeros provenientes de la hidrólisis enzimática con el uso de Scheffersomyces stipitis que aprovecha xilosa y arabinosa adicionalmente, en comparación de otras cepas como Sacharomyces cerevisae que solo aprovecha glucosa y galactosa. En función de la concentración de Scheffersomyces stipitis, pH, temperatura y tiempo se presume determinar las variables relevantes en el proceso de fermentación con Scheffersomyces Stipitis con el fin de determinar sus parámetros óptimos.

Resultados esperados

Resultados esperados del proyecto:
- Obtener las variables relevantes para la hidrólisis enzimática.
- Optimizar las variables relevantes en la hidrólisis enzimática para la maximización de azúcares reductores obtenidos.
- Obtener las variables relevantes para la fermentación con Scheffersomyces Stipitis.
- Optimizar las variables relevantes en la fermentación con Scheffersomyces Stipitis para la maximización de bioetanol obtenido.

Además, también se tendrán los siguientes resultados:
- (01) Artículo científico publicado en revista indizada en la base Scopus o Web of Science, con filiación a la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa (independiente del idioma del artículo).
- (03) Profesionales titulados con la opción: tesis formato artículo.
- (01) Ponencia donde se difunda los resultados intermedios o finales de la investigación en eventos científicos de nivel internacional de reconocido prestigio.
- (01) Registro de Propiedad Intelectual con Titularidad a la UNSA (en caso corresponda).

Impactos esperados

1. Impacto Ambiental: En Arequipa, diariamente se generan residuos de coronta de maíz choclo y maíz amarillo duro donde estos no son aprovechados por la industria, ya que usualmente son calcinados incurriendo en un impacto ambiental negativo. Además, se busca la reducción del consumo de combustibles fósiles, para reducir las emisiones de gases contaminantes y de efecto invernadero que afectan el medio ambiente.

2. Impacto Técnico: No se cuenta con estudios relacionados con la optimización de la hidrólisis enzimática y optimización de los procesos fermentativos con Scheffersomyces Stipitis para la obtención de bioetanol de segunda generación a partir de residuos de coronta de maíz (Zea mays).

3. Impacto social: Dar a conocer a la población en general sobre la importancia del residuos de coronta de maíz choclo y maíz amarillo duro para la producción de bioetanol de segunda generación en la región Arequipa.