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Perspectivas de uso de enzimas celulasas para el sector ganadero y la bioindustria

Publicado: 22 de diciembre de 2015
Por: Elaine C. Valiño, Dailyn Sosa (Instituto de Ciencia Animal); y J. C. Dustet (Instituto Superior Politécnico José A. Echevarría - CUJAE). Cuba
Entre los obstáculos actuales para transformar la celulosa de los materiales lignocelulósicos se tienen la baja actividad de las enzimas celulasas, el método de pretratamiento aplicado, las condiciones de reacción (temperatura, pH y agitación) y el alto costo de las enzimas. Para lograr la reducción del costo de los productos de interés, para el sector ganadero y la bioindustria  es necesario reducir sustancialmente el costo de producción de las enzimas celulasas y aumentar el rendimiento en la conversión de los azúcares.

En el mercado están disponibles enzimas producidas por compañías transnacionales como Novozymes y Gencor, que además de tener un alto costo, no siempre son las más eficientes para cualquier material lignocelulósico.

En nuestro país es de gran interés el desarrollo de un proceso que permita obtener celulasas de origen nacional, con el fin de emplearlas en la producción de alimentos y en la obtención de etanol lignocelulósico.

En esta mesa redonda se aborda el trabajo de resultados de una optimización del rendimiento de glucosa y del costo de las enzimas, usando mezclas de enzimas de las cepas de hongos filamentosas clasificadas Aspergillus,  Trichoderma y Neurospora, demostrándose que la mejor mezcla es la conformada por las enzimas de las cepas Aspergillus y  Trichoderma en una proporción de 50% cada una. Utilizando la mezcla seleccionada se realizaron experimentos para valorar los efectos que tienen la temperatura y el pH sobre el rendimiento de glucosa en la hidrólisis enzimática.

De acuerdo con los resultados se seleccionaron un pH de 4,8 y una temperatura de 40°C como mejores condiciones de trabajo. La ventaja más importante de estas condiciones es que se logra acercar las condiciones de operación de la hidrólisis enzimática con las de la fermentación. Lo anterior es posible por la presencia en la mezcla de las enzimas de la cepa Trichoderma que muestran un comportamiento similar de la actividad enzimática en los intervalos de temperatura y pH de 40 a 50°C y 4,8 a 6 respectivamente.

Se compararon los resultados obtenidos con la mezcla con los de una mezcla control conformado por enzimas de la firma comercial Novozymes, el análisis demostró que no existen diferencias significativas para las condiciones de trabajo seleccionadas. Además, en las últimas décadas ha existido un creciente interés en el desarrollo de procesos biotecnológicos para la búsqueda de nuevas alternativas en la producción de alimento animal, ya que permiten aumentar el contenido de proteína y disminuir la fibra en condiciones rústicas con preinóculos, donde no se logran controlar las principales variables ambientales.

En esta línea de trabajo se presenta un modelo matemático con el objetivo de describir un proceso de fermentación rústica en estado sólido.

El modelo se desarrolló a partir de los balances de masa y energía, la ecuación logística para el crecimiento microbiano y una ecuación auxiliar para la velocidad específica de crecimiento en función de la temperatura.

Se realizó el análisis de sensibilidad de las principales variables respuestas del modelo y se obtuvo que los parámetros que más afectan las predicciones en un intervalo de ± 30% de variación son la densidad aparente del sustrato, el rendimiento biomasa/oxígeno y la concentración inicial de inóculo. La capacidad calorífica, la conductividad térmica, la porosidad, los rendimientos biomasa/sustrato y biomasa/agua y la concentración máxima de biomasa no provocan variaciones importantes en los resultados.

El modelo matemático desarrollado permite determinar el tiempo total de fermentación y el tiempo en que es necesario voltear el sustrato para lograr un proceso más eficiente.

Se compararon además los resultados de la modelación con los datos reales de la fermentación de la caña de azúcar con lo cual se demostró la eficacia del modelo matemático.  
Autores:
Dailyn Sosa
ICA - Instituto de Ciencia Animal- Cuba
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