Sustratos más empleados en la obtención de Butanol

Melaza:

Desde hace algún tiempo, Colombia se ha caracterizado por las cosechas de caña de azúcar a lo largo del año, lo que hace importante aprovechar al máximo materias primas como la melaza para la producción de biomasa y para la obtención de diferentes productos biotecnológicos por vías fermentativas. Se prefiere el uso de melaza frente a otros medios de cultivo comerciales como sustrato para la producción de butanol porque es una alternativa válida ya que reduce costos para industrias nacionales y además evita el frecuente eso de productos importados que incrementan costos en procesos biotecnológicos.

La melaza, es un líquido denso y viscoso de color oscuro, es producto final de la fabricación o refinación de la sacarosa procedente de la caña de azúcar. Este subproducto se usa principalmente para alimentos concentrados para animales y como suplemento alimenticio para el hombre.

Las melazas, mieles finales o melazas “blackstrap”, suelen ser definidas por muchos autores como los residuos de la cristalización final del azúcar de los cuales no se puede obtener más azúcar por métodos físicos. La norma INCONTEC 587 de 1994, define como miel final o melaza (no cristalizable) al jarabe o liquido denso viscoso, separado de la misma masa cocida final y de la cual no es posible cristalizar más azúcar por métodos usuales (ICONTEC, 1994)

La denominación melaza se aplica al efluente final obtenido en la preparación del azúcar mediante una cristalización repetida. El proceso de evaporación y cristalización es usualmente repetido tres veces hasta el punto en el cual el azúcar invertido y la alta viscosidad de las melazas ya no permitan una cristalización adicional de la sacarosa (Swan y Karalazos, 1990)

Composición de la Melaza:
La melaza es una mezcla compleja que contiene sacarosa, azúcar invertido, sales y otros compuestos solubles en álcali que normalmente están presentes en el jugo de caña localizado, así como los formados durante el proceso de manufactura del azúcar. Además de la sacarosa, glucosa, fructosa y rafinosa los cuales son fermentables, las melazas también contienen sustancias reductoras no fermentables.  Estos compuestos no fermentables reductores del cobre, son principalmente caramelos libres de nitrógeno producidos por el calentamiento requerido por el proceso y las melanoidinas que si contienen nitrógeno derivadas a partir de productos de condensación de azúcar y aminocompuestos (Honing, 1974)

 Tabla 1. Composición de la melaza de caña de azucar

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COMPONENTES	CONSTITUYENTES	CONTENIDO (p/p)
Componentes mayores	Materia seca	78%
	Proteínas	3%
	Sacarosa	60 - 63 % p/p
	Azucares reductores	3 - 5 % p/p
	Sustancias disueltas (diferentes azucares)	4 - 8 % p/p
	Agua	16%
	Grasas	0,40%
	Cenizas	9%
Contenido de minerales	Calcio	0,74%
	Magnesio	0,35%
	Fosforo	0,08%
	Potasio	3,67%
Contenido de aminoácidos	Glicina	0,10%
	Leucina	0,01%
	Lisina	0,01%
	Treonina	0,06%
	Valina	0,02%
Contenido de Vitaminas	Colina	600 ppm
	Niacina	48,86 ppm
	Ácido Pantoténico	42,9 ppm
	Piridoxina	44 ppm
	Riboflavina	4,4 ppm
	Tiamina	0,88 ppm

La composición de las melazas es muy heterogénea y puede variar considerablemente dependiendo de la variedad de caña de azúcar, suelo, clima, periodo de cultivo, eficiencia de la operación de la fábrica, sistema de ebullición del azúcar, tipo y capacidad de los evaporadores, entre otros. Por otro lado, la melaza de caña se caracteriza por tener grados Brix o sólidos disueltos de 68-75% y un pH de 5 – 6.1 (Castro, 1993)

Información nutricional de la melaza:

Tiene cantidades importantes de vitaminas y minerales.

Es un alimento muy rico en las vitaminas del grupo B (a excepción de B1)

Al contener hierro, cobre y magnesio ha sido siempre muy recomendada para las personas anémicas, asténicas, tras el parto o cualquier convalecencia.

 

Referencias:

Erika Fajardo, Sandra Sarmiento, Evaluación de melaza de caña como sustrato para la producción de Saccharomyces cerevisiae, Universidad Pontificia Javeriana, Microbiologia industrial.

Etienne Rajchenberg, José Alberto Rodríguez, Katy Juárez, Alfredo Martínez, Sandra Morales, Producción Microbiológica de Butanol, Universidad Nacional Autonoma de México, Institudo de Biotecnología

MAIZ:

Desde alrededor de 1960 el uso de enzimas microbianas y levaduras especialmente seleccionadas, ha jugado un papel fundamental en Norteamérica; gracias a ello se puede producir butanol a partir de granos para su uso en los mercados industriales y los combustibles. En Brasil la caña de azúcar, que produce sacarosa, ha sido usada para producir etanol para su mercado de combustibles. En climas más templados es más económico usar almidón, generalmente proveniente del maíz, como materia prima fermentable. Sin embargo, a diferencia de la sacarosa, el almidón debe primero ser descompuesto en azúcares simples fermentables, tales como la maltosa y dextrosa, usando enzimas obtenidas, preferentemente, de fuentes microbianas.

La mayoría del butanol de la fermentación que se destila es producido a partir del almidón de maíz al que se le han removido algunos componentes del grano, tales como el gluten, el germen y la fibra.

Como se muestra en el Cuadro, las partes principales del grano de maíz difieren considerablemente en su composición química. La cubierta seminal o pericarpio se caracteriza por un elevado contenido de fibra cruda, aproximadamente el 87%, la que a su vez está formada fundamentalmente por hemicelulosa (67 %), celulosa (23 %) y lignina (0,1 %) (Burga y Duensing, 1989). El endospermo, en cambio, contiene un nivel elevado de almidón (87 %), aproximadamente 8 % de proteínas y un contenido de grasas crudas relativamente bajo.

Componente químico	Pericarpio	Endospermo	Germen
Proteínas	3,7	8;0	18,4
Extracto etéreo	1,0	0,8	33,2
Fibra cruda	86,7	2,7	8,8
Cenizas	0,8	0,3	10,5
Almidón	7,3	87,6	8,3
Azúcar	0,34	0,62	10,8

El componente químico principal del grano de maíz es el almidón, al que corresponde hasta el 72-73 % del peso del grano. Otros hidratos de carbono son azúcares sencillos en forma de glucosa, sacarosa y fructosa, en cantidades que varían del 1 al 3 % del grano. El almidón está formado por dos polímeros de glucosa: amilosa y amilopectina. La amilosa es una molécula esencialmente lineal de unidades de glucosa, que constituye hasta el 25-30 % del almidón. El polímero amilopectina también consiste de unidades de glucosa, pero en forma ramificada y constituye hasta el 70-75 % del almidón. La composición del almidón viene determinada genéticamente. En el maíz común, ya sea con un endospermo de tipo dentado o córneo, el contenido de amilosa y amilopectina del almidón es tal como se ha descrito anteriormente, pero el gen que produce maíz ceroso contiene un almidón formado totalmente por amilopectina. Un mutante del endospermo, denominado diluente de la amilosa (da), hace aumentar la proporción de amilosa del almidón hasta el 50 % y más. Otros genes, solos o combinados, pueden modificar la composición del almidón al alterar la proporción entre la amilosa y la amilopectina (Boyer y Shannon, 1987).

Referencia:

-          Composición química y valor nutritivo del maíz  http://w4.siap.gob.mx/sispro/IndModelos/SP_AG/Maiz/INF_GRAL.pdf, fecha de consulta: 10-09-2011

Microorganismos mas utilizados para la producción de Butanol

Clostridium beijerinckii es un gram-positivas , en forma de varilla , móviles bacteria del género Clostridium . Se ha aislado de las heces y el suelo. ^{1 ]} Produce esporas ovales subterminales.

Industrialmente interesante por su capacidad de producir butanol , acetona y / o isopropanol en condiciones estrictamente anaeróbicas a 37 ° C con una amplia gama de sustratos, incluyendo (pero no limitados) pentosas , hexosas y almidón. ^[1] Su capacidad de crecer de forma sencilla y económica los medios de comunicación , la estabilidad en lo que respecta a la degeneración cepa, buena adaptabilidad a los procesos continuos y sostenidos de la producción de disolventes y en la fase de registro son otras ventajas de esta bacteria.

Clostridium acetobutylicum is a Gram-positive bacillus (1). C. Clostridium acetobutylicum es lo más a menudo viven en el suelo, aunque se ha encontrado en una serie de entornos diferentes. It is mesophilic with optimal temperatures of 10-65°C. Es mesófilos con una temperatura óptima de 10-65°C. In addition, the organism is saccharolytic (can break down sugar) (1) and capable of producing a number of different commercially useful products; most notably acetone, ethanol and butanol (2) . Además, el organismo es sacarolíticos (puede descomponer el azúcar) y capaz de producir una serie de diferentes productos de utilidad comercial, especialmente la acetona, etanol y butanol.

Clostridium acetobutylicum is a chemoorganotroph. Clostridium acetobutylicum es un chemoorganotroph. It obtains energy via substrate phosphorylation by fermentation. Se obtiene energía a través de la fosforilación de sustrato de fermentación. As with all fermentation, the substrate are organic molecules which act as the electron donor and acceptor. Al igual que con toda la fermentación, el sustrato son moléculas orgánicas que actúan como donantes de electrones y aceptores. It follows that it is heterotrophic with its source of carbon coming from organic molecules. De ello se desprende que se trata de heterótrofos, con su fuente de carbono procedentes de moléculas orgánicas. In particular, C. En particular, C. acetobutylicum requires a carbohydrate source capable of undergoing fermentation to survive (1). acetobutylicum requiere una fuente de hidratos de carbono capaz de experimentar la fermentación para sobrevivir.

Mientras que el tipo de cepa de C. acetobutylicum was isolated from soil, C. acetobutylicum fue aislado del suelo, C. acetobutylicum is ubiquitous. acetobutylicum es ubicuo. It has been found in "lake sediment, well water, and clam gut" (1). Se ha encontrado en "sedimentos de los lagos, agua de pozo, y en el intestino de almeja". In addition, it has been recorded in a number of different feces specimens, including human, bovine, and canine feces (1). Además, se ha registrado en una serie de muestras de heces, incluyendo heces humanas, bovina y canina. A search of the literature reveals that pathogenic or symbiotic relationships are not documented. Una búsqueda de la literatura revela que las relaciones simbióticas o patógenas no están documentados.