AGENTES SACARIFICANTES

Todos aquellos sustratos que aportan sacarosa son agentes sacarificantes.

Los almidones, hemicelulosas y celulosas se deben hidrolizar y convertir en azúcares fermentescibles mediante agentes químicos o enzimáticos antes de poderlos usar en ciertas aplicaciones industriales como la producción de etanol.

Entre los sustratos a sacarificar están: cereales, papa, remolacha, melazas, cebada, hortalizas, residuos agrícolas (tusas de maíz, cáscara de semillas de algodón y de arroz), residuos del lino y avena, bagazo de caña de azúcar y madera, entre otros.

Entre los microorganismos utilizados están hongos de los géneros: Aspergillus, Mucor, Penicilluim, levaduras como Saccharomyces y bacterias.

1. ALMIDÓN COMO SUSTRATO • El almidón es un polisacárido de almacenamiento de los

cereales, que consta de varios polímeros, incluyendo el contenido de amilosa y amilopectina

• El almidón es un polisacárido de reserva de los vegetales que está distribuido tanto en las raíces, tallos y hojas, se encuentran más abundantemente en las semillas de los cereales y en los tubérculos como las patatas, camote, yuca, etc. (tabla 1). Los almidones están presentes en los tejidos vegetales en forma de gránulos intracelulares compactos. Los gránulos de almidón suelen hincharse progresivamente y los polímeros más cortos se disuelven cuando se calientan en agua a 60ºC aproximadamente y a temperaturas más altas los gránulos se gelatinizan y pierden su poder de birrefringencia, se desintegra y forma una pasta según el origen y la concentración del almidón.

Tabla 1.Composición bromatológica de productos vegetales

2. LAS AMILASAS

• Las amilasas son enzimas que degradan el almidón y tienen numerosas aplicaciones biotecnológicas, un ejemplo de ello es la producción de jarabes, que contienen oligosacáridos maltosa y glucosa. Degradación enzimática del almidón por acción de la amilasa (alfa y beta, amiloglucosidasa y pupulunanasa). Estas enzimas actúan sobre el almidón hidrolizando enlaces glucosídicos α-(1,4) y/o β-(1,6)

Tabla 2. Composición de amilosa y amilopectina en almidones naturales

METODOS DE PRODUCCION DE AGENTES

SACARIFICANTES

MÉTODOS PARA LA SACARIFICACIÓN DE MATERIALES AMILÁCEOS

Los métodos para sacarificar materiales amiláceos implica el uso de preparaciones enzimáticas, ácidos diluidos, o una combinación de ambos. Entre las preparaciones enzimáticas que se pueden emplear se incluye:

• malta, de origen cereal, y2.

• Otras de origen microbiológicos, productos derivados de mohos. Mohos usados: de 27 razas de mohos de los géneros Aspergillus, Mucor, Penicillium, y Rhizopus. Los mejores en la sacarificación de masas de maíz en rendimientos de etanol fueron: A. oryzae, R. delemar, R. oryzae.

BACTERIAS SACAROLÍTICAS

• Son bacterias que hidrolizan los disacáridos o polisacáridos a carbohidratos más sencillos. Un número limitado de bacterias amilolíticas, es decir elaboran amilasa que determina la hidrólisis extracelular del almidón, entre ella se encuentran Bacillus subtilis y Clostridium butyricum. Unos pocos microorganismos son capaces de hidrolizar la celulosa. Ciertas especies de

• Clostridium se clasifican como proteolíticas que pueden o no atacar a los azúcares o como sacarolíticas que atacan a los carbohidratos pero no a las proteínas. Clostridium lento putrescens es proteolítico, pero ordinariamente no ataca a los carbohidratos; en cambio Clostridium butyricum fermenta los azúcares y no es proteolítico.

SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEAS

• En la actualidad el proceso de sacarificación y fermentación se realiza simultáneamente, y tiene las siguientes condiciones de operación: : licuefacción (T 83°C, pH 5.5, dosis de enzima 0.5 ml/l Liquozyme(a amilasa), agitación 400 rpm); sacarificación (T 60° C, pH 4.5, dosis de enzima 1.5 ml/l Spirizyme fuel [glucoamilasa], agitación 400 rpm); fermentación alcohólica (T 30° C, pH 4.5, inoculo de saccharomy cescerevisiae 8 g/l en peso seco, agitación 400 rpm).

• Según Castaño Hader y Mejía Carlos el proceso se debe realizar bajo las siguientes condiciones de operación: la etapa previa de licuefacción se realiza en las mismas condiciones de operación descritas previamente; temperatura 30 °C, pH 4.5, concentración de azúcares reductores según diseño de experimentos, dosis de enzima Spirizyme fuel según diseño de experimentos, inoculó 8.0 g/l peso seco de levadura Saccharomyces cerevisiae (0.8% p/v) y agitación 400 rpm

PRODUCCIÓN:

• Método de tambor:

• Cultivo de esporas se preparan en frascos con el fin de servir para la inoculación del salvado esterilizado y húmedo en los tambores.

• Método de marmita:

• Es mejor en los aspectos: menor espacio, menos complicado, el micelio del moho no es perturbado durante el crecimiento, aireación uniforme, el moho crece más rápido y el salvado en mohecido es consistente, se obtiene mayor rendimiento de etanol.

• Método de bandeja:

• El salvado con agua se extiende en bandejas de aluminio y se esteriliza a vapor con presión, se enfría einocula con A. oryzae y se incuba. Se destruyen las esporas adicionando alcohol al 95% y se elimina elextracto alcohólico con una prensa hidráulica.

Usos de Agentes

Sacarificantes

Uso de la amilasa en la industria

• En la fabricación de pan, para romper azúcares complejos como el almidón, en azúcares simples.

• En la elaboración de cerveza.

Uso de la amilasa en la industria panadera

• La levadura utilizada en este proceso puede entonces alimentarse de esos azúcares simples y convertirlos en productos de fermentación.

• Las células de la levadura contienen amilasas pero necesitan tiempo para fabricar la suficiente cantidad para romper el almidón.

Uso de la amilasa en la industria cervecera

• La principal aplicación de las amilasas es en la industria cervecera.

• El problema en la fabricación de la cerveza en que las levaduras sólo son capaces de fermentar las hexosas (principalmente, glucosa).

Uso de la amilasa en la industria cervecera

• También pueden utilizar como fuente de energía a los disacáridos, como la sacarosa y la maltosa, los cuales son degradados a monosacáridos por enzimas hidrolíticos de la célula.

• Pero, a nivel industrial, el sustrato principalmente utilizado en la producción de cerveza es el almidón, el cual es degradado por las amilasas

Salvado enmohecido• Se obtiene por crecimiento de Aspergillus

oryzae sobre salvado esterilizado y

húmedo. Underkofler, Fulmer y Schoene

(1939) demostraron con métodos de

laboratorio que se pueden obtener mayores

rendimientos de etanol, utilizando salvado

enmohecido en ves de malta de cerveza.

La Malta• La malta se usa para fabricar cerveza, whisky y

vinagre de malta. Los granos malteados desarrollan las enzimas que se necesitan para convertir el almidón del grano en azúcar.

La Malta

• La cebada es el cereal malteado más común, debido a su alto contenido en enzimas. Se pueden maltear otros granos, aunque la malta resultante puede que no tenga el contenido enzimático suficiente para convertir su propio contenido de almidón completa y eficientemente.

SACARIFICACION DE LA MADERA

La madera es un material ortotrópico encontrado como principal contenido del tronco de un árbol. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen cada año y que están compuestos por fibras de celulosa unidas con lignina. Las plantas que no producen madera son conocidas como herbáceas.

El volumen y naturaleza de los azúcares que puedan obtenerse de la madera, así como los procesos que exige la necesaria hidrólisis, vienen determinados por los polisacáridos de la madera.El principal polisacárido en todos los materiales de plantas leñosas es la celulosa, análoga desde el punto de vista químico y físico al algodón hidrófilo en el sentido de que es fibrosa, posee una alta resistencia a los álcalis y es muy difícil de hidrolizar con producción de glucosa.

Elementos constitutivos de la madera

Las hemicelulosas se hallan presentes en la madera y en otros materiales celulósicos en una proporción aproximada de un tercio de los hidratos de carbono totales. La hemicelulosa es amorfa y, por carecer de una organización cristalina, se hidroliza con mucha mayor facilidad que la celulosa. Si el total de hidratos de carbono de la madera pudiera hidrolizarse con la misma facilidad que la hemicelulosa, no habría lugar a dudas en cuanto a la inmediata y amplia utilidad industrial de la sacarificación de la madera.

La sacarificación de la madera es un proceso mediante el cual sus carbohidratos, celulosa y hemicelulosas son trasformados en azucares simples por hidrólisis acida, de los azucares producidos pueden obtenerse varios productos, entre ellos alcohol etílico.Los procesos industriales se realizan empleando ácidos concentrados o diluidos como hidrolizantes, tales como los ácidos sulfúrico y clorhídrico. En años recientes se han aplicado solventes orgánicos para catalizar la hidrolisis acida. La acetona en solución acuosa ha dado buenos resultados.

Sacarificación y producción de etanol de madera

• Se han indicado que los procesos con acido concentrado son el Berguies – Rheinau y el Hokbaldo. En el primero se utiliza acido clorhídrico al 40% de concentración, a presión atmosférica y temperatura ambiente; se hace actuar al acido sobre madera seca con un 6 % de humedad en una batería de difusores. Durante el proceso se hidroliza alrededor de 2/3 de la madera y el tercio restante es lignina solida. Se obtiene un 20 % de azúcar cristalizada en relación al peso seco de la madera y 40 a 45% de melaza; el rendimiento es cercano al teórico. 

• En el proceso Hokbaldo se emplea acido sulfúrico concentrado al 80%; se le hace actuar 30 segundos a temperatura ambiente sobre madera que ha sido penetrada con acido sulfúrico al 1.2 -1.5% a 140 – 150°C y luego secada. El rendimiento de glucosa es de 83 a 85% del teórico. La fermentación directa de la solución azucarada obtenida economiza energía y aumenta el rendimiento de alcohol. 

• El proceso Scholler-Tornech utiliza acido sulfúrico diluido, al 0.4 a 0.5% a 170°C. La madera puede tener cualquier humedad. La sacarificación se lleva a cabo en percoladores. El procedimiento Madison, una modificación del anterior, emplea acido sulfúrico al 0.5 a 0.6% a y 185°C.En algunos países el alcohol se mezcla con gasolina para producir el combustible llagado gasol; en dicha mezcla el alcohol interviene en 10 a 20%. El alcohol puede usarse también en motores de explosión adecuadamente fabricados.