1

“AISLAMIENTO DE MICROORGANISMOS PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE DESECHOS DE PLÁTANO”

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

TESIS

PRESENTA:BRENDA MANZANILLA VIVEROS

ASESORA: CARMEN BULBARELA SAMPIERI

XALAPA, EQUEZ, VER., 13 DE DICIEMBRE 2012

Fuentes energétic

as

Desarrollo sostenible

Dependencia del petróleo

Contaminación

Cambio climático

CO2

Reducción

Biocombustibles

Cultivos alimentarios (33.3 Mha)

Precios más altos Inseguridad alimentaria

Desechos agroindustriales(desechos sólidos urbanos)

2

ANTECEDENTES

3

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS BIOCOMBUSTIBLES (AYCACHI, 2009; DI NICOLA, 2011)

Ventajas Desventajas

No aumenta los niveles de CO2 en la atmósfera.

El costo de producción es más elevado que el de la gasolina.

Fuente de energía renovable.Se requiere de destilación para obtener los alcoholes, lo que

provoca una mayor emisión de CO2 con respecto a la gasolina.

Aprovechamiento de tierras de poco valor agrícola.

Su uso se limita a un tipo de motor automovilístico de bajo

rendimiento y poca potencia.

alfalfa, sorgo dulce, yuca, abeto, sauce, alpiste, caña de azúcar,

remolacha, cereales, maíz, patata, residuos sólidos urbanos,

entre otros

El proceso de producción varia con la materia prima que se trabaje.

4

BIOETANOL

Biocombustibles Bioetanol

Biomasa

Maíz,Caña de azúcar

Biomasa lignocelulósica y desechos agroalimentarios

Usos:

BebidasDisolventeAditivo (Oxigenante)Combustible (E85)

Producción de

Bioetanol

Fermentación

Carbohidratos

Microorganismos

Solución con azúcares

fermentables

Separación y Purificación del

etanol

Destilación y deshidratación

pH

Temperatura

Presión

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Producción de bioetanol

Aumento de la población

Crisis energética

Contaminación

7

JUSTIFICACIÓNFuente de energía

Limpia Barata

Fácil

Industria y sociedad

BioetanolCosto

Encontrar microorganismos que trabajen bajo condiciones menos controladas

8

OBJETIVOS

Aislar microorganismos a partir de los productos fermentados.Fermentar un medio de plátano hidrolizado bajo condiciones ambientales, con los microorganismos aislados.Determinar la producción de etanol por parte de cada uno de los microorganismos encontrados.Identificar los microorganismos productores de etanol.Cuantificar la producción de etanol de los microorganismos con mayor potencial.

GENERAL

Evaluar la capacidad de microorganismos nativos aislados de productos fermentados, para producir etanol por medio de la fermentación no controlada de un hidrolizado de plátano.

ESPECÍFICOS

9

HIPÓTESIS

Es posible aislar microorganismos nativos de productos fermentados que

produzcan etanol a partir de un hidrolizado de plátano bajo

condiciones de fermentación no controlada.

METODOLOGÍAMedio de plátano

100 ml

Saccharomyces cerevisiae

Microorganismos aislados

Dicromato de potasio

Prueba de yodoformo

Determinación de etanol

modelo

Hidrólisis

Inoculación

Fermentación

Cuantificación de etanol

Valoración en retroceso (dicromato de potasio) Identificación

de cepas

11

MATERIA PRIMA

Plátano

Tiendas y mercados de la zona centro

Grado de maduración

Enano Gigante

Municipio de San Rafael

Contenido de azúcares

Variedad

MEDIO DE FERMENTACIÓN CON PLÁTANO

12

Solución de plátano• 10, 20, 30, 40, 50 y

60 % p/v • Grados Brix ( 20°

Brix) y azúcares reductores

Hidrólisis• Térmica (autoclave:15

min a 120°C)

Inoculación y Fermentación (3 días)• Saccharomyces

cerevisiae

Determinación de etanol• Prueba de yodoformo

13

PRODUCTOS PARA LA OBTENCIÓN DE MICROORGANISMOS

Productos fermentados

2 muestras de Tepache

Mercado municipal

Elaboración caseraCapulín

Masa agria

Morita

Noni

Plátano

Nanche

14

AISLAMIENTO DE MICROORGANISMOS

• Centrifuga (a 5000 rpm durante 5 min)

Productos fermentado

s

• Agar de Papa Dextrosa (PDA)

Siembra

• 30°C por 36 horas

Incubación

• Observación en microscopio

Purificación

15

RESULTADOS Y DISCUSIÓNPREPARACIÓN DEL MEDIO DE CULTIVO

Madurez

Estado 7 (negro)

Estado de

madurez del

plátano

Color de la cáscara del

fruto

% de azúcares reductores

1 Verde 2.203 Amarillo 3.665 Amarillo con

manchas negras4.95

7 negro 5.6% de plátano en la solución

° Brix a 21°C

% de azúcares reductores

10 1.26 1.38 20 1.86 2.0230 3.46 3.44

40 3.46 3.5650 3.26 3.4660 5.07 5.19

Porcentaje de plátano

16

OBTENCIÓN DE MICROORGANISMOS Y DETERMINACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE

ETANOL

Morfolog

ía

% de

cepas

nativas

Productora

s de

alcohol

% de cepas

productoras de

etanol

Levadura

s

13 cepas

52.2 6

26.1

Bacterias

10 cepas43.4 0

23 cepas

5 levaduras se aislaron de tepache1 levadura del fermentado de plátano

17

IDENTIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS PRODUCTORES DE

ETANOL

Fermentado de

tepachel(1)

Fermentado de

tepache(2)

Plátano

MUESTRA:

Zygosaccharomyces bisporus

012

015

001

Zygosaccharomyces bisporus

Zygosaccharomyces rouxii

NOMBRE:CÓDIGO:

Clave dicotómica de Pitt y Hocking

18

CINÉTICA DE PRODUCCIÓN DE ETANOL Y CONSUMO DE AZÚCARES

Producción a las 72 horas

012 67.1 g/l

015 51.4 g/l

001 18.4 g/l

S. cerevisae 75.7 g/l

110.4 g/lCoronel y Oviedo et al. (2009) (bajo condiciones controladas)

NOMBRE Y CÓDIGO: PRODUCCIÓN:

Zygosaccharomyces bisporus

Zygosaccharomyces rouxii

Zygosaccharomyces bisporus

Mismas condicion

es(ambient

e)

19

0 10 20 30 40 50 60 70 800

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0

10

20

30

40

50

60

7012

Tiempo (h)

% A

zú

care

s

Eta

no

l (g

/l)

PRODUCCIÓN DE ETANOL Y CONSUMO DE AZÚCARES REDUCTORES DE LA Z. bisporus EN MEDIO FERMENTADO A

TEMPERATURA AMBIENTE. .

A. R.

Etanol

20

0 10 20 30 40 50 60 70 800

10

20

30

40

50

60

70

8012115Pa-trón

Tiempo (h)

Eta

no

l (g

/l)

COMPARACIÓN DE PRODUCCIÓN DE ETANOL ENTRE LAS CEPAS AISLADAS Y S. cereviseae (CONTROL POSITIVO, EN MEDIO

PF A TEMPERATURA AMBIENTE.)

Z.

bispor

us

Z. rouxii

Z.

bispor

us

S.

cerevis

ae

21

CONCLUSIONES Es posible encontrar cepas nativas que produzcan etanol en la región de Xalapa, Ver., las cuales resultan ser adecuadas para realizar fermentaciones utilizando residuos tales como: el plátano.

En este trabajo se encontraron 3 cepas: 2 provenientes del tepache (1 realizado de forma casera así como otro conseguido en el mercado local) y otra de la fermentación del plátano. Respectivamente se identificaron las dos primeras como Zygosaccharomyces bisporus (cepa 001, y 012) y la última como Zygosaccharomyces rouxii (cepa 015).

La capacidad de producción de etanol de las cepas aisladas fue diferente, la primera se denominó 001 la cual produjo 18.4 g/l de etanol, la segunda cepa 012 con 67.1 g/l y la última 015 con 51.4 g/l, las cuales se compararon con la cepa muestra Saccharomyces cerevisiae que produjo 75.7 g/l.

22

RECOMENDACIONESSería útil probar otros métodos para hidrolizar los almidones del plátano, como la enzimática, para obtener mayor cantidad de azúcares reductores y así aprovechar de manera eficiente el sustrato.

Para la cuantificación de azúcares sería óptimo utilizar la técnica de DNS, para eliminar el factor del error humano en las titulaciones de la técnica de Fehling.

Es conveniente estudiar bajo qué condiciones de presión, temperatura, y porcentaje de azúcares trabajan de mejor manera.

Realizar la cuantificación de etanol mediante HPLC.

Realizar la identificación de los microorganismos aislados mediante técnicas moleculares basadas en sondas genéticas y ensayos basados en la reacción en cadena de la polimerasa.

23