Obtención de bioetanol a partir de la hidrólisis ácida de Cynara cardunculus L

MANCINI, MICAELA; LOPEZ, SOFÍA; SZANTO, JORGE; SPIROLAZZI, ANDRÉS; CRAVERO, VANINA

Casilda- Zavalla

Jornada; 1. II Reunión Transdisciplinaria en CIENCIAS AGROPECUARIAS 2017. XVIII Jornadas de Divulgación Técnico-Científicas. Facultad de Ciencias Veterinarias. V Jornada Latinoamericana III Jornadas de Ciencia y Tecnología. Facultad de Ciencias Agrarias.; 2017

Facultad de Ciencias Agrarias y Facultad de Veterinaria- UNR

El cardo (Cynara cardunculus L.), tanto cultivado (var. altilis) como silvestre (var. sylvestris) es una especie perenne, originaria de la cuenca del Mediterráneo, que presenta una amplia distribución potencial en nuestro país. Esta especie posee diversas aplicaciones industriales tales como; extracción de componentes farmacológicos, forraje verde o seco, producción de pulpa de papel y obtención de bioenergías, entre otras. El uso de la biomasa de cardo para fines energéticos es una de las aplicaciones más promisorias debido a la particularidad de poder aprovechar la biomasa aérea total de la especie para la obtención de distintos tipos de bioenergía (biodiesel, bioetanol y biocombustible sólido). Según estudios desarrollados en la Comunidad Económica Europea, esta especie es capaz de producir 10-20 tn/ha/año de biomasa y puede mantenerse en producción por más de 10 años en el mismo suelo (Fernandez et al., 2006). El material lignocelulósico representa una fuente de materia prima relevante para la obtención de bioetanol. Las cadenas de celulosa (cel) y hemicelulosa (hemicel) (carbohidratos complejos presente en la biomasa lignocelulósica) pueden ser hidrolizadas hasta obtener sus monómeros (hexosas y pentosas) los cuales posteriormente son fermentados hasta la obtención de bioetanol. Estos carbohidratos complejos pueden ser hidrolizados a través de distintos métodos, siendo la hidrólisis ácida diluida a temperaturas moderadas uno de los protocolos más ampliamente utilizado. Tanto los contenidos de cel y hemicel, como las condiciones de hidrólisis ácidas son claves para determinar el potencial de producción de bioetanol y son dependientes de la biomasa utilizada. Por este motivo el presente trabajo tuvo como objetivo principal determinar la fracción de cel y hemicel presente en distintas accesiones de cardo, poner a punto un protocolo de hidrólisis ácida sobre el material lignocelulósico y estimar la producción potencial de bioetanol para cada una de las accesiones.La biomasa aérea lignocelulósica de 12 accesiones de cardo (seis cultivados y seis silvestres), pertenecientes a la colección de germoplasma de la Facultad de Ciencias Agrarias (UNR) fue colectada en diciembre de 2015 cuando alcanzó el estadío de máxima senescencia. La biomasa total obtenida de cada accesión fue molida hasta obtener polvo y muestras de las mismas fueron sometidas al protocolo de Van Soest y Robertson (1991) a fin de determinar el contenido de fibra. Submuestras de 200 g de cada una de las accesiones fueron mezcladas y homogeneizadas para obtener una única muestra sobre la cual también se determinó el contenido de fibras (Van Soest y Robertson, 1991) y, posteriormente, se utilizaró para ensayar seis tratamientos de hidrólisis ácida variando las concentraciones de H2SO4 (0,25 y 0.5M) y temperatura (100/120/160ºC) durante 30 min de reacción. Posteriormente, la producción de bioetanol fue estimada para cada accesión utilizando una ecuación desarrollada por el United States Department of Energy, la cual considera el %cel y %hemicel y el porcentaje de hidrólisis. En este caso se consideró el porcentaje más alto obtenido a partir de los diferentes tratamientos. Previo al análisis, los datos fueron transformados con la función logarítmica en base 10. Luego de comprobar los supuestos de normalidad y homoscedasticidad fueron sometidos a un análisis de la varianza (ANOVA) y los valores medios fueron comparados mediante la prueba de Duncan. La fracción de cel no presentó diferencias significativas entre variedades botánicas (44% y 43,4% para cardo cultivado y silvestre respectivamente), pero si entre las accesiones evaluadas (Tabla 1). Por su parte, el porcentaje de hemicel presentó variabilidad entre variedades botánicas (19,76% y 20,73% para cultivado y silvestre, respectivamente) y entre accesiones. Estos valores de carbohidratos son similares a los obtenidos por materiales tales como bagazo de caña de azúcar (42-48% cel y 19-25% hemicel), bagazo de sorgo azucarero (34-45% cel y 18-27% hemicel) y paja de cebada (31-45% cel y 27-38% hemicel) (Zabed y col. 2016).Tabla1. Fracción de carbohidratos y producción potencial de bioetanol a partir de diferentes accesiones de cardosGenotipoCelulosa(%)Hemicelulosa(%)Etanol C6 (L/tn)Etanol C5 (L/tn)Et Total (L/tn)Cardo cultivado44,0019,7682,873,2156,0A-4142,33b19,33ab78,94b69,38ª148,32abCBL42,51b19,86bcd79,27b71,28abc150,56bCBP43,18bc18,9ª80,52bc67,84ª148,36abCCE43,77cd20,73de81,62cd74,40cd156,03cLumbier44,29d18,98ª82,59d68,12ª150,72bZavalla47,93g20,73cd89,38h81,59f170,97eCardo silvestre43,4020,73*80,3073,77154,06Pergamino44,39d20,4cd86,79de78,82bc156,81cRuta 946,54f21,96f84,51fg77,35ef165,6dEntre Rios 45,32e21,55ef76,98ef70,21de161,87dU. frontera41,28ª19,56abc79,07a77,24ab156,31abCampi42,4b21,52ef75,49b69,60de156,08cU. centro40,48ª19,39abc78,94ª69,38ab148,32ªC5: azúcares de 5 carbonos; C6: azúcares de 6 carbonos. Letras distintas en la misma columna indican diferencias estadísticamente significativas entre accesiones (p < 0,05).* Muestra diferencias significativas entre las variedades botánicas (p