Estrategia para la prevención de la contaminación bacteriana mediante la adición de etanol exógeno en la producción de bioetanol

Publicado por:
Belló Pérez, Melissa; Cano Yepes, Miguel; Fuentes Baile, María; Parreño Montoro, Ricardo; Picón Alonso, Javier

Estado actual:

Biocombustible: tipo de fuente energética producida a raíz de la biomasa surgido como alternativa a los combustibles fósiles, dado el severo impacto ambiental que estos suponen. El hecho de reducir las emisiones de CO2 y por lo tanto, el calentamiento global, es uno de los objetivos que deriva de la apuesta por esta clase de carburantes renovables.

Entre esta clase de biocombustibles, se encuentra el bioetanol, que es únicamente alcohol obtenido como producto de la fermentación del azúcar procedente de los cereales (caña de azúcar, maíz, etc). Dentro de las múltiples clases microbianas capaces de llevar a cabo esta fermentación, se encuentra Saccharomyces cerevisiae, un tipo de levadura dotada de una elevada eficiencia en cuanto a dicho proceso se refiere.

La eficacia mentada al final del párrafo anterior, se suele ver mermada por la contaminación bacteriana, lo cual es un serio problema para la industria productora de bioetanol. Las bacterias del ácido láctico (Lactobacillus plantarum, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus fermentum) , no solo compiten por el mismo sustrato que la levadura, sino que también, a causa del lactato que producen, inhiben el crecimiento de Saccharomyces, y por lo tanto, suponen un déficit para el rendimiento de su fermentación alcohólica.

Para combatir este grave percance, se dan varios métodos en la actualidad, los antibióticos y antisépticos, el acetato o la esterilización por vapor.

- Antisépticos como el sulfito, peróxido de hidrógeno y la urea o antibióticos como la penicilina, tetraciclinas, y virginiamicina, son buenas opciones, pero su capacidad se contrapone al impacto ambiental que pueden llegar a suponer. Al ser usados como fertilizantes algunos de los productos derivados de la fermentación, dichos agentes, al persistir, podrían derivar en la generación de microorganismos resistentes a los fármacos.

- El acetato presenta una actividad antibacteriana a bajas concentraciones, pero requiere de una levadura que lo tolere. Schizosaccharomyces pombe es bastante apta, pero su rendimiento es inferior al de Saccharomyces cerevisiae.

- La esterilización por vapor, también es una opción viable, pero además de ser cara, no asegura una completa destrucción de todos los microorganismos, como los que persisten en los biofilms.

Objetivo:

Buscar métodos alternativos para evitar la contaminación bacteriana en la producción de bioetanol y así conseguir un mayor rendimineto sin tener que recurrir a métodos perjudiciales para el medio ambiente.

Desarrollo experimental:

En respuesta a dicha insatisfacción, surgió otro medio bastante sencillo para tratar la contaminación bacteriana, que se basa en la adición de etanol exógeno al comienzo de la producción del biocombustibles. Para ello se trabajó con la bacteria del ácido láctico (contaminante), la levadura (fermentador), en un sistema de fermentación continua en estado sólido.

En el primer experimento, se testó el crecimiento tras verter el etanol exógeno, del modelo de Bacterias  del ácido láctico (contaminantes – círculos blancos) y Saccharomyces cerevisiae (fermentador – círculos negros), cada uno por separado.

La viabilidad de las Bacterias del ácido láctico descendió al alcanzar 41 g/kg, mientras que Saccharomyces   cerevisiae se mantuvo relativamente estable hasta 47 g/kg. Al aumentar los valores a 62 g/kg de etanol, la viabilidad de estas pasó a ser prácticamente nula. Por lo que a mayor cantidad de etanol añadido, menor viabilidad de las Bacterias del ácido láctico.

Posteriormente, se realizaron cuatro pruebas, una en la que no se añadía inicialmente alcohol, y otras tres con contenidos de etanol exógeno de 40, 50, 60 g/kg. Esta vez las levaduras y las Bacterias del ácido láctico se cultivaron de manera conjunta. A medida que aumentaba la cantidad de alcohol exógeno, disminuía la viabilidad de ambos microorganismos, y por lo tanto del lactato generado por las bacterias. De las cuatro cantidades, la óptima para la producción de etanol por parte de la levadura, fue la de 50 g/kg, aportando un rendimiento de 0.45 g/kg de etanol.










Conclusión:

Todo esto, apunta a que la suma inicial de una determinada cantidad de alcohol exógeno puede mejorar el rendimiento del proceso de producción de etanol. Esto puede suponer una reducción de costes, ya que una vez terminado el proceso, se puede reciclar parte del alcohol obtenido para la próxima fermentación etílica, además de usarlo como medida preventiva para evitar la putrefacción de parte de los materiales. Sin embargo, este método no alcanza la rentabilidad que cabría esperar. Para acabar con todas las bacterias contaminantes, el contenido de alcohol exógeno inicial, debería ser muy superior, igual que la tolerancia de las levaduras. Por lo tanto, pese a la simplicidad de la idea, actualmente los resultados lejos andan de suponer una respuesta óptima y viable.


Referencia bibliográfica:

"Strategy for preventing bacterial contamination by adding exogenous ethanol in solid-state semi-continuous bioethanol production" Yoshio Katakura, Churairat Moukamnerd, Satoshi Harashima and Masahiro Kino-oka.
(PubMed)