Hidrólisis ácida de pseudotallo de banano (Musa acuminata) para la obtención de azúcares fermentables

ÁREA

Química Verde

Autores

Penayo, M. (FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - UNA) ; Ortigoza, N. (FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - UNA) ; Ferreiro, O. (FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - UNA) ; Rivaldi, J.D. (FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - UNA)

RESUMO

Este trabajo analizó la concentración de azúcares totales, reductores y compuestos fenólicos producidos a partir de hidrólisis ácida diluida (HAD) del pseudotallo de banano (Musa acuminata sub cavendish) conducida en autoclave (121°C) bajo parámetros variables de tiempo (t)(15, 35 y 55 min), concentración de ácido (CA) (75, 125 y 175 mg/g) y relación líquido-sólido (L/S) (10, 14 y 18 g/g), mediante un diseño experimental compuesto central centrado en las caras. El ANOVA reveló la influencia significativa de t, CA y L/S sobre el proceso HAD. El mayor contenido en azúcares totales fue 34,9 g/L alcanzado en 55 min de reacción, para CA=175 y L/S=10, y concentración de 0,4 g/L de compuestos fenólicos. El pseudotallo de banano demostró potencial para la obtención de azucares fermentables por HAD

Palavras Chaves

pseudotallo de banano; hidrólisis ácida diluida; azúcares

Introdução

La producción bananera en Paraguay presentó un volumen de 94.486 ton de banano en el periodo 2019/2020 (MAG, 2020). Se estima que por cada 1 ton de banano producido se generan 3 ton de pseudotallo, que correspondería a 311.804 ton de pseudotallo. Este material es descartado en los campos de cultivo, transformándose en agente de contaminación ambiental ya que no sufre tratamiento para su disposición final (FERNANDES et al., 2013). Esta biomasa presenta una composición química constituida principalmente por celulosa y hemicelulosa, polímeros constituidos por azúcares pueden ser utilizados para la obtención de productos de interés industrial (LIN et al., 2015). La hidrólisis ácida diluida es un pretratamiento empleable para obtener estos azúcares de manera eficiente y rentable respecto a otros pretratamientos (CAMARGO et al., 2019). Por otro lado, la hidrólisis ácida promueve la degradación de la lignina, liberando compuestos fenólicos en el hidrolizado que inhiben la acción y crecimiento de microorganismos, siendo necesaria una detoxificación para su uso en aplicaciones biotecnológicas posteriores (IDREES, 2012). La ultrafiltración por membranas de polietersulfona resulta un proceso prometedor para remover estos inhibidores, destacando por su bajo consumo energético y manipulación sencilla (CONIDI et al., 2017). Este trabajo tiene como fin la evaluación del pseudotallo de banano (Musa acuminata sub cavendish) como materia prima para la obtención de azúcares fermentables por medio de hidrólisis ácida diluida. Igualmente fue evaluada la detoxificación por ultrafiltración de manera a promover su valorización y contribuir con la disminución del impacto ambiental negativo generado en las plantaciones.

Material e métodos

El pseudotallo fue provisto por la empresa “Isla Bonita” del Distrito de San José Obrero, Paraguay. La biomasa fue lavada, cortada y secada en estufa a 60°C por 2 días. Luego se molió en molino de martillos y se fraccionó con una serie de tamices Nro. 12 al Nro. 40, reservando fibras de 0,6 a 1,7 mm para la hidrólisis (AGUILAR, 2019; MABAZZA et al., 2020). La biomasa de pseudotallo de banana destinada a los ensayos de hidrólisis ácida fue lavada con agua destilada a 90 °C para remoción del almidón. La hidrólisis de pseudotallo fue conducida en frascos de 500 mL de capacidad, conteniendo biomasa mezclada con solución de ácido sulfúrico para concentraciones de 75 a 175 mg ácido/g biomasa, con una relación líquido- sólido (L/S) en el rango de 10 a 18 g/g. Seguidamente, los frascos fueron sometidos a tratamiento térmico en autoclave a 121°C por periodos de tiempo de 15 a 55 min, conforme el nivel de las variables y la matriz experimental de diseño compuesto central "2" ^"3" centrado en las caras. Los resultados fueron analizados por ANOVA con un intervalo de confianza del 95%, junto con el método de superficie de respuesta cuadrático. El hidrolizado previamente neutralizado fue bombeado a un sistema de ultrafiltración con membrana de polietersulfona con poros de 0,1 μm y área efectiva de 95 〖"cm" 〗^"2" en un módulo plano de flujo tangencial. La filtración se mantuvo por 3 horas a una presión de 4 bar, recirculando el retenido y permeado a la alimentación (CONIDI; CASSANO; DRIOLI, 2011). Las determinaciones de azúcares totales, azúcares reductores y compuestos fenólicos fueron realizadas por duplicado por los métodos colorimétricos de fenol-sulfúrico (DUBOIS et al., 1956), reacción con DNS (MILLER, 1960) y Folin-Ciocalteu (CORTEZ, 2005), respectivamente.

Resultado e discussão

El ANOVA reveló que todas las variables de estudio mostraron influencia significativa en la obtención de azúcares, no así la concentración de ácido para los compuestos fenólicos. Se logró una concentración de azúcares totales en el rango de 17,06 a 34,93 g/L y compuestos fenólicos de 0,14 a 0,44 g/L. El mayor contenido de azúcares fue alcanzado para la relación L/S de 10 g/g, concentración de ácido de 175 mg/g y tiempo de 55 min. Por otro lado, los modelos matemáticos predictores de la concentración de azúcares totales y compuestos fenólicos, bajo las condiciones estudiadas, presentaron valores de p<0,05 para la concentración de azúcares totales y compuestos fenólicos. Lin et al. (2015) destacaron el impacto positivo del aumento de la concentración de ácido en el proceso. Así también, un comportamiento semejante al demostrado en este trabajo se reportó respecto a la influencia del tiempo y relación L/S para la hidrólisis de pseudotallo de banano. La cantidad de compuestos fenólicos obtenidos en este trabajo es comparables con lo reportado por Guerrero et al. (2017), donde la tendencia del aumento en compuestos fenólicos provenientes del pseudotallo de banano se muestra para menores relaciones L/S. En el presente trabajo, la detoxificación del hidrolizado de pseudotallo permitió la remoción del 35,44% de compuestos fenólicos, con una pérdida de azúcares del 12,86%. De esta forma, la obtención de azúcares fermentables en concentraciones considerables a partir de biomasa de pseudotallo de banano es factible mediante procesos de hidrólisis con ácido sulfúrico diluido.

Matriz experimental propuesta con valores codificados, reales y composición resultante del hidrolizado de pseudotallo de banano.


ANOVA y superficie de respuesta del efecto de las variables sobre la concentración de azúcares y compuestos fenólicos en la hidrólisis ácida diluida.

Conclusões

Todas las variables de estudio resultaron significativas para la obtención de azúcares en las condiciones estudiadas, revelando que el incremento del tiempo y la concentración de ácido favorecen la formación de azúcares, no así para la relación L/S. En conclusión, el pseudotallo de banano constituye una materia prima prometedora para la obtención de azúcares fermentables por medio de hidrólisis ácida diluida y posible aplicación en la manufacturación de productos de interés industrial.

Agradecimentos

Al laboratorio de Bioprocesos y Biocombustibles del departamento de Aplicaciones Industriales de la Facultad de Ciencias Químicas, UNA.

Referências

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