Pretratamientos para la mejora de la hidrólisis enzimática del residuo de industrialización de la piña para la obtención de bioetanol. Efecto del pretratamiento con microondas en la producción de compuestos fenólicos inhibitorios de la fermentación

Abstract

[ES] La obtención de bioetanol a partir de biomasa residual de origen industrial es una alternativa sostenible de creciente interés. Sin embargo, la matriz lignocelulósica necesita ser pretratada e hidrolizada para liberar los azúcares fermentables. Por su parte, los pretratamientos y la hidrólisis pueden liberar al medio una cantidad importante de compuestos inhibitorios de la fermentación. En el presente trabajo se propone averiguar si los pretratamientos con microondas (MW) pueden mejorar la hidrólisis enzimática del residuo industrial de piña. Para tal fin, se aplicaron microondas a diferentes potencias (4,25, 6,375 y 8,5 W/g) y tiempos de exposición (1, 2, 5, 10 y 15 min) y se caracterizó el residuo antes y después de la hidrólisis en términos de sólidos solubles totales (SST), humedad (xw) y pH. Además, se estudiaron las temperaturas alcanzadas durante el pretratamiento mediante una cámara termográfica y se analizaron los cambios estructurales mediante microscopía (Cryo-SEM). Finalmente, se determinó la presencia de compuestos inhibitorios de la fermentación (fenoles totales, furfural e hidroximetilfurfural) en el residuo hidrolizado. Los resultados obtenidos indicaron que el tratamiento con MW, a las potencias y tiempos adecuados, puede favorecer la liberación de azúcares fermentables durante la hidrólisis enzimática posterior, y que a dichas potencias y tiempos no se liberan compuestos tóxicos en cantidades inhibitorias.

[EN] Obtaining bioethanol from industrial waste materials is a sustainable alternative of increasing interest. However, the lignocellulosic matrix needs to be pretreated and hydrolyzed to release fermentable sugars. On the other hand, pretreatment and hydrolysis can release a significant amount of fermentation inhibitory compounds. In this paper, microwaves (MW) are proposed as a pretreatment prior to enzymatic hydrolysis of industrial pineapple waste. To this end, different microwave powers (4.25, 6.375 and 8.5 W/g) and exposure times (1, 2, 5, 10 and 15 min) were applied. The residue was characterized before and after hydrolysis in terms of total soluble solids (TSS), moisture content (xw) and pH. In addition, temperatures reached during pretreatment were determined by means of a thermographic camera, and structural changes were analyzed by microscopy (Cryo-SEM). Finally, the presence of fermentation inhibitory compounds (total phenols, furfural and hydroxymethylfurfural) in the hydrolyzates was evaluated. Results indicated that MW treatments, using the appropriate powers and times, may promote the release of fermentable sugars during the subsequent enzymatic hydrolysis step. The concentration of inhibitory compounds released during these specific treatments is below the values considered inhibitory for further fermentation.

[CA] L'obtenció de bioetanol a partir de biomassa residual d'origen industrial és una alternativa sostenible de creixent interés. No obstant això, la matriu lignocelul·lòsica necessita ser pretractada i hidrolitzada per a alliberar els sucres fermentables. Per la seua banda, els pretractaments i la hidròlisi poden alliberar al mig una quantitat important de compostos inhibitoris de la fermentació. En el present treball es proposa esbrinar si els pretractaments amb microones (MW) poden millorar la hidròlisi enzimàtica del residu industrial de pinya. Per a tal fi, es 2 van aplicar microones a diferents potències (4,25, 6,375 i 8,5 W/g) i temps d'exposició (1, 2, 5, 10 i 15 min) i es va caracteritzar el residu abans i després de la hidròlisi en termes de sòlids solubles totals (SST), humitat (xw) i pH. A més, es van estudiar les temperatures aconseguides durant el pretractament per mitjà d'una càmara termogràfica i es van analitzar els canvis estructurals per microscopia (Cryo-SEM). Finalment, es va determinar la presència de compostos inhibitoris de la fermentació (fenols totals, furfural i hidroximetilfurfural) en el residu hidrolitzat. Els resultats obtinguts van indicar que el tractament amb MW, a les potències i temps adequats, pot afavorir l'alliberament de sucres fermentables durant la hidròlisi enzimàtica posterior, i que a les dites potències i temps no s'alliberen compostos tòxics en quantitats inhibitòries.