Aplicación de herramientas quimiométricas en la optimización de la hidrólisis enzimática de desechos de materiales lignocelulósicos como potenciales fuentes para cultivos de microalgas

GIORDANO PC; BECCARIA AJ; GUERRERO SA; GOICOECHEA HC

Santa Fe - Argentina

Congreso; VI Congreso Argentino de Química Analítica; 2011

Asociación Argentina de Químicos Analíticos

El 82% de la biomasa producida anualmente en el mundo es de composición lignocelulósica (cultivos agrícolas, madera, etc.) [1]. La industrialización de este tipo de materiales genera gran cantidad de residuos, por lo que se han establecido legislaciones que intentan asegurar que las industrias reduzcan o bien, den un valor agregado a esos residuos [2]. Como estos residuos están constituídos principalmente por polisacáridos (hemicelulosas y celulosa), una alternativa es hidrolizarlos para obtener carbohidratos más simples (glucosa, xilosa, etc.), los cuales pueden ser incluídos en formulaciones de medios de cultivo para microorganismos capaces de producir ?aceite unicelular? (Single Cell Oil: SCO) [3]. Este aceite, mediante un proceso posterior de esterificación con monoalcoholes, puede ser tranformado en biodiesel, el principal biocombustible líquido [4]. Tal alternativa resulta muy promisoria para reducir el empleo de combustibles fósiles y para evitar la distracción de vegetales oleaginosos alimenticios en la síntesis de combustibles [5]. En el presente trabajo se optimizaron las condiciones de hidrólisis enzimática de 3 residuos lignocelulósicos de origen agrícola y forestal: afrechillos de trigo y maíz, y aserrín de pino. En una primera etapa, aplicando diseños de Plackett-Burman (PB) y algoritmos genéticos (GA), se evaluó la significancia de 10 factores: pH, concentración formal de buffer, tipo de buffer, concentración de sustrato, cantidad de enzima (celulasa de Trichoderma longibrachiatum, 74.57 FPU/g), cantidad de polietilenglicol, agitación, pretratamiento, tamaño de partícula y tiempo de hidrólisis. La ventaja de GA es que es capaz de identificar interacciones significativas, a diferencia de PB, que las considera irrelevantes, centrándose sólo en los efectos principales, lo cual puede llevar a una errónea selección de los factores significativos. Una vez concluído el análisis, los factores que resultaron ser significativos fueron: las cantidades de enzima y de polietilenglicol, y la concentración de sustrato. Posteriormente, se aplicó la metodología de superficie de respuesta a través de diseños centrales compuestos acoplados al cálculo de la función deseabilidad global para optimizar las condiciones de hidrólisis enzimática de cada uno de los 3 materiales lignocelulósicos. Las respuestas medidas fueron los contenidos de carbohidratos (azúcares reductores y glucosa), determinados mediante técnicas colorimétricas. Una vez obtenidas las combinaciones óptimas de los factores para los residuos lignocelulósicos mencionados, estas fueron exitosamente comprobadas realizando experimentos independientes. Se prevé aplicar herramientas quimiométricas para diseñar un medio de cultivo óptimo para el crecimiento heterotrófico de una cepa de microalga buena productora de SCO, empleando aquellos materiales lignocelulósicos hidrolizados.