nueva página del texto (beta)
Español (pdf)
Artículo en XML
Referencias del artículo
Traducción automática
Enviar artículo por email
Citado por SciELO 
Similares en
SciELO 
Permalink
INTRODUCCIÓN
Los problemas ambientales y de salud generados por el uso intensivo de combustibles de origen fósil han estimulado el desarrollo de las energías denominadas alternativas, y varios gobiernos se han planteado metas de sustitución por combustibles renovables a fin de disminuir la dependencia del petróleo (Buruiana et al. 2014, Tacias et al. 2016). Dentro de los diferentes tipos de combustibles renovables destaca el bioetanol, producto que puede sustituir parcial o totalmente a la gasolina en automotores y que ha mostrado un aumento constante en su producción en los últimos años, especialmente en Estados Unidos y Brasil (Soccol et al. 2010, Boucher et al. 2015). El surgimiento del bioetanol y el biodiesel ocurrió a la par que la de sus hermanos de tipo fósil, sin embargo, su desarrollo no ha sido fácil y sólo desde hace algunos años se han considerado como una alternativa viable. Actualmente los biocombustibles se clasifican como combustibles de primera generación en los que se emplea biomasa fácilmente fermentable, con métodos de pretratamiento sencillos que generan subproductos con alto valor agregado (Álvarez 2009, Serna et al. 2010). Entre los cultivos más utilizados para la producción de bioetanol de primera generación se pueden mencionar el maíz, la caña de azúcar, el arroz, el trigo y la cebada.
Como consecuencia, el uso de estos cultivos como fuentes de combustibles ha provocado el aumento de precio y el de sus productos derivados, poniendo en riesgo la seguridad alimentaria de algunos países (de la Torre y He 2007). Aunado a lo anterior, se estima que para sustituir por completo a la gasolina y el diésel con biocombustibles líquidos a nivel mundial, es necesario producir diariamente 30 millones de barriles de bioetanol y 23 millones de biodiesel, lo que implicaría cultivar 15 veces la superficie que actualmente se planta de caña de azúcar, cinco veces la superficie de maíz y 20 veces la superficie de palma de aceite. Las consecuencias de este hipotético escenario serían un aumento en el precio de los cultivos, un impacto económico y social y ambiental, pues sería necesario desarrollar monocultivos, probablemente manipulados genéticamente, disminuyendo la biodiversidad en las áreas donde se desarrollen, además del excesivo consumo de agua y uso de la tierra que no estaría destinado a otros productos para consumo humano (de la Torre y He 2007, HLPE 2013).
Por ello ha surgido la necesidad de producir combustibles renovables con materias primas que no compitan con los cultivos primarios, desarrollando una segunda generación de biocombustibles, donde los esfuerzos se enfoquen a cultivos secundarios y otro tipo de biomasa lignocelulósica (Sims et al. 2010). Algunos de los sustratos más estudiados son el bagazo de caña de azúcar (Cardona et al. 2010), cultivos forestales de rotación corta (álamos, sauces, eucaliptos) (Porzio et al. 2012), hierbas perennes (pasto elefante, pasto varilla y alpiste) (Kallioinen et al. 2012), remolachas (Jiménez et al. 2012), residuos de la industria de la madera, la silvicultura y la agricultura (Jafari et al. 2011, Sarkar et al. 2012, Mood et al. 2013, Tayeh et al. 2014, Domínguez-Bocanegra et al. 2015) y hasta desechos de billetes (Sheik et al. 2013). Sin embargo, se han presentado algunos inconvenientes en la obtención de biocombustibles de segunda generación por vías bioquímicas, como son el escaso desarrollo de tecnologías de pretratamiento para la liberación de los azúcares (Naik 2010), el incipiente estudio de subproductos de interés comercial (Feria et al. 2012) y la naturaleza bioquímica de los mismos (Jiménez et al. 2012). También tiene una fuerte influencia el desconocimiento de compuestos que puedan inhibir o retardar las reacciones enzimáticas de hidrólisis (Ximenes et al. 2010).
El nopal (Opuntis spp.) ha sido utilizado como fuente de energía renovable para la producción de biogás, obteniéndose buenos rendimientos (Ramos et al. 2014); además, esta planta presenta bajos costos de mantenimiento y una amplia distribución mundial. Por otra parte, debido a las características de la planta y su rápida regeneración, los productores de tuna y nopalito realizan podas periódicas generando miles de toneladas de biomasa que no tienen un uso específico, por lo que su deficiente eliminación puede implicar problemas de contaminación y generación de plagas. En 1923 se propuso la utilización de etanol obtenido de Opuntia ficus-indica (OFI) como combustible para aeroplanos (Engineering 1923). Se han desarrollado pocos estudios subsecuentemente: Retamal (1987) produjo etanol a partir de frutos (tuna) y cladodios de Opuntia ficus-indica. En este trabajo se emplearon condiciones de hidrólisis ácidas en el pretratamiento del sustrato, con un tratamiento enzimático (celulasas comerciales) subsiguiente. Santos et al. (2016) y Kuloyo et al. (2014) resaltaron que el éxito de la fermentación alcohólica depende de una mayor hidrólisis de los residuos, la cual estará directamente relacionada con una mayor concentración de azúcares. En general, para la producción de biocombustibles de segunda generación es necesario desarrollar técnicas que ayuden a aprovechar los residuos lignocelulósicos (entre ellos los de Opuntia ficus-indica) con miras a desarrollar una bioindustría que integre operaciones unitarias y procesos biotecnológicos eficientes (Hamdi 1997).
Relacionado con lo anterior, se han desarrollado varios tipos de pretratamientos de la biomasa de origen lignocelulósico con el objetivo de mejorar el acceso a las fibras de celulosa y hemicelulosa y mejorar el tratamiento enzimático. Amiri y Karimi (2015) desarrollaron un proceso de autohidrólisis de residuos lignocelulósicos, obteniendo mayores rendimientos de oligosacáridos y bajas concentraciones de compuestos como furfural, 5-hidroximetilfurfural (HMF) y ácido acético. Taherzadeh y Karimi (2007) y Zhu et al. (2015) aplicaron el concepto de autohidrólisis complementado con la adición de bajas concentraciones de ácido (0.07-1.5 %). Estos autores observaron un aumento en la concentración de carbohidratos libres, además de que el residuo resultante fue más susceptible de ser hidrolizado por métodos enzimáticos. Por otra parte, Vargas y Pereira (2010) encontraron que en el pretratamiento hidrotérmico de residuos ligniocelulósicos el principal factor que influye en la liberación de monosacáridos es la presión.
En este trabajo se planteó como objetivo desarrollar una metodología que mejore la liberación de los carbohidratos presentes en los cladodios de OFI para que puedan ser utilizados como sustrato en la producción de etanol de segunda generación, además de generar una alternativa que pueda utilizarse para el aprovechamiento de los residuos de poda en cultivares de OFI y la disminución de su impacto contaminante. Con lo anterior, se pretende contribuir a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero. Como primera etapa se analizó el efecto del pretratamiento hidrotérmico (PTH); posteriormente se realizó de un tratamiento enzimático utilizando celulasas y xilanasas comerciales, y se analizó la liberación de azúcares de cladodios de O. ficus-indica; finalmente, los hidrolizados fueron sometidos a fermentación alcohólica con Sacharomyces cereviceae. Las variables que se analizaron para el PTH fueron temperatura, concentración de ácido y tiempo de residencia, todo a presión constante de 10 atm.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materia prima
Se trabajó con un lote de cladodios jóvenes con edad promedio de 3 meses (brotes de alrededor de 18 a 25 cm de longitud) de Opuntia ficus-indica obtenidos de un vivero en el estado de Hidalgo, México (19º 41’ 50.4” N, 98º 47’ 20.5” W) en septiembre de 2015. Los cladodios fueron segmentados en cubos de 1 cm3, los cuales se deshidrataron a una temperatura de 60 ºC. La muestra deshidratada se molió y se cribó en una malla del número 60 (tamaño de partícula de 250 µm). La harina obtenida se guardó en bolsas plásticas que fueron almacenadas en un lugar fresco y seco. Los análisis fisicoquímicos realizados a esta muestra fueron los siguientes: determinación de humedad, determinación de extracto étereo por el método de Soxhlet, cenizas (AOAC 2016), lignina (TAPPI 2009), celulosa (Browning 1967) y el porcentaje de mucílago como parte de los compuestos solubles en agua (Rodríguez et al. 2011).
Pretratamiento hidrotérmico (PTH)
La harina de nopal deshidratada fue resuspendida en agua en una relación líquido-sólido (L:S) de 15 (agua:harina, mL/g). Para el tratamiento hidrotérmico se empleó un reactor de acero inoxidable de alta presión (RAP) (Prendo RAP-2000™) de 2 L. Se llevó a cabo un primer PTH con el fin de determinar la temperatura donde se liberarán mas azúcares, se utilizó sólo agua y se ensayaron las siguientes temperaturas: 150, 175, 185 y 205 ºC durante 5 min. Una vez determinada la temperatura en la que se liberó la mayor cantidad de azucares reductores totales (ART), se procedió a analizar el efecto combinado del H2SO4 (0.5, 1, 1.5 y 2 %) y la temperatura sobre la liberación de ART a diferentes tiempos de reacción (1, 5 y 15 min). Al final de cada tratamiento, las muestras obtenidas fueron filtradas con papel Whatman núm. 1 y lavadas con agua destilada. El residuo sólido se secó a 60 ºC y se mantuvo en un lugar fresco y seco hasta su uso.
Tratamiento enzimático
El residuo fue sometido a un tratamiento enzimático con la enzima β-glucanasa (Sigma-Aldrich, G4423), para lo cual se midió la actividad endo-β-1,4-glucanasa de acuerdo con Ghose (1987). Las actividades enzimáticas de este catalizador se expresaron en unidades internacionales (UI), donde una unidad de actividad se definió como la cantidad de enzima capaz de liberar 1 µmol de azúcar (equivalente a glucosa) por minuto. Se ensayaron 1, 5, 10, 20 y 40 UI, a una relación L:S de 15 en buffer de acetatos (100 mM, pH 4.8) a 40 ºC y 175 rpm. Al final del tratamiento se realizó una filtración para obtener la fracción líquida con los ART obtenidos.
Fermentación alcohólica
Con los azúcares obtenidos en el pretratamiento hidrotérmico con ácido diluido y en el tratamiento enzimático, se llevó a cabo una fermentación a 30 ºC con S. cereviceae obtenida del cepario del Laboratorio de Agrobiotecnología de la Universidad Politécnica de Pachuca, la cual fue aislada de residuos de nopal. El inóculo inicial fue de 1 × 106 células/mL, sin agitación y con un pH de 4.5. Esta levadura previamente fue activada por cultivo en caldo YPD (BioxonTM), incubada a 30 ºC, 150 rpm, durante 24 h.
Métodos analíticos y análisis estadísticos
Para la determinación de los ART se empleó la técnica propuesta por Miller (1959), utilizando una longitud de onda de 525 nm (Biochrom Libra S11™). Para la caracterización de los azúcares se usó un equipo HPLC (Thermo Scientific Ultimate 3000) acoplado a un detector de índice de refracción (Refractomax 520™) con la columna Rezex™ RPM-Monosaccharide Pb+2 8 %, a una velocidad de flujo de 0.6 mL/min y agua como fase móvil. Para determinar el etanol se utilizó un cromatografo de gases (Thermo Scientific Trace 1310™) con un detector de ionización de flama (FID) acoplado a una columna zebron ZB-Bioethanol ™ de 15 m de longitud. Las condiciones de inyección fueron las siguientes: temperatura de 250 ºC; temperatura del detector FID, 350 ºC, y 1.5 mL/min de Helio como gas acarreador. Las muestras fueron previamente filtradas con membranas de 0.22 µm. Se utilizó una rampa de temperatura de 45 a 250 ºC con incrementos de 5 ºC. Todas las pruebas se trabajaron por triplicado. Se realizó un analisis de varianza y una comparación entre medias con el programa estadístico SigmaPlot™ v. 11.0.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Composición de la materia prima
Los resultados de los análisis fisicoquímicos realizados a los cladodios de OFI se presentan en el cuadro I. Como características principales se observan alto contenido de agua (94.7 %), bajo contenido de lignina (2.65 %) y alta concentración de compuestos solubles en agua (63 %). En estas condiciones se estimó una relación L:S de alrededor de 19 (94.735:5.265), valor que puede compararse con lo descrito en otros trabajos (Ginestra et al. 2009, Yang et al. 2015). El alto porcentaje de humedad es típico de plantas con metabolismo CAM, pues producen hidrocoloides que permiten almacenar agua en los tejidos de estos vegetales (Sáenz et al. 2004). Esta característica puede tener una ventaja a nivel industrial, ya que representaría un ahorro considerable de agua si se realizara una hidrólisis química de los cladodios.
CUADRO I CARACTERÍSTICAS FISICAS Y QUÍMICAS DE CLADODIOS DE Opuntia ficus-indica *
| Autor | Humedad (%) | Extracto etéreo (%) | Cenizas (%) | Lignina soluble e insoluble (%) | Solubles en agua (%) | Celulosa (%) |
| En este trabajo | 94.735 (± 0.21 %) | 3.897 (± 0.365) | 15 (± 0.146) | 2.65 (± 0.115) | 63.077 (± 1.571) | 18.876 (± 0.565) |
| Malainine et al. 2003 | N.R. | 7.2 | 19.6 | 3.6 | 48 | 21.6 |
| Kuloyo et al. 2014 | 88-95 | N.R. | 16.8 | 7.9 | 24.3 | 23.1 |
| Yang et al. 2015 | 93.9 | N.R. | 23.7 | 12.3 | 25.0 | 13.1 |
| Ginestra et al. 2009 | N.R. | 0.63 | n.r | 16 | 17.7 | 13.5 |
*Los resultados se presentan en base seca, a excepción de la humedad
N.R.: no reportado
Las variaciones observadas en la caracterización fisicoquímica puede ser resultado de factores edáficos de los sitios de cultivo, la época de cultivo y la edad de la planta (Stintzing y Carle 2005, Ribeiro et al. 2010).
Comparación del PTH sin ácido y con ácido diluido
En la figura 1a se presenta el efecto del tiempo sobre la liberación de los ART por acción del PTH empleando sólo agua. En esta primera prueba se fijó una temperatura de 175 ºC, la cual es cercana a la empleada en el PTH de biomasa (Chen et al. 2014, Gonçalves et al. 2015, Vallejos et al. 2015). Como se puede observar, entre los tiempos de tratamiento de 5 y 15 min no se detectó una diferencia significativa, por lo cual se eligió el tiempo de 5 min (por ahorro de energía) para estudiar el efecto de la temperatura sobre la liberación de ART. Las temperaturas probadas fueron de 150, 175, 185 y 205 ºC (Fig. 1b). La mayor liberación de ART en el intervalo de temperatura estudiado se detectó entre 175 y -185 ºC con 0.0429 y 0.0449 g ART/g materia seca respectivamente, no observándose diferencias significativas entre ambas condiciones.
Fig. 1 (a) Liberación de ART en la fase líquida en un PTH empleando sólo agua a diferentes tiempos de cocción. (b) ART liberados a diferentes temperaturas con un tiempo fijo de 5 min
A 150 ºC se presentó una menor liberación de azúcares, debido posiblemente a que hay un porcentaje muy bajo de hidrólisis de la celulosa. Este comportamiento se ha observado con otros sustratos y probablemente se deba a que no se reúne la energía suficiente para ionizar el agua del medio (H+) y liberar el ácido acético de las cadenas de este biopolímero (Carvalheiro et al. 2009). Por otra parte, se observó que a 205 ºC también se tienen bajas cantidades de ART, resultado que puede deberse a que a temperaturas más elevadas, los azúcares comienzan un proceso de degradación por pirolisis, con la consecuente formación de furfurales, CO2 y H2O (Baêta et al. 2016).
Al comparar los resultados entre el grupo con temperaturas de 175 y 185 ºC, no se encontró diferencia significativa (p < 0.05), por lo que se fijó 175 ºC como la temperatura de proceso. A continuación se estudió la influencia del ácido sulfúrico (0, 0.5 %, 1 %, 1.5 % y 2 %) y el tiempo de reacción (1, 5 y 15 min) sobre la liberación de ART (Fig. 2).
De acuerdo con los resultados obtenidos, se concluye que al utilizar sólo agua en el PTH se liberan menos de 0.05 g ART/g de materia seca. Y en un PTH con ácido sulfúrico diluido se demuestra que, independientemente del tiempo y la temperatura, la liberación de ART aumenta en aproximadamente 336 % en el tratamiento con 0.5 % de ácido, 480 % en el tratamiento con 1 % de ácido y 520 % en los tratamientos con 1.5 y 2 % de ácido. Otros autores han obtenido resultados similares, observando que al adicionar más ácido se tiene un aumento en la concentración de monosacáridos (Boucher et al. 2015, Kim et al. 2016). Es posible que este efecto esté relacionado con una hidrolisis de las cadenas de polisacáridos con el consecuente aumento de monosacáridos. Por otra parte, el aumento en la liberación de ART se puede deber al hecho de que al adicionar ácido a la fase acuosa aumenta la concentración de iones H+ que no solamente hidrolizan la celulosa, sino también las cadenas de oligosacáridos que se van desprendiendo, lo cual no ocurre si sólo se aplica un pretratamiento con agua.
Por otra parte, el tiempo y la concentración de ácido también mostraron un efecto muy importante sobre la liberación de ART: a 1 min con 2 % de H2SO4 se obtuvo, en promedio, 0.294 g ART/g de materia seca, pero a los 15 min hay una disminución de hasta 0.240 g ART/g de materia seca. Es importante señalar que un tratamiento ácido prolongado tiene un efecto negativo en la concentración de ART, ya que a ciertas condiciones de temperatura y alta acidez los azúcares se comienzan a degradar a furfurales (Ojumu y Ogunkunle 2005). Este efecto también se observó en los tratamientos de 5 y 15 min con 1.5 y 2 % de H2SO4, donde se obtuvieron 0.25, 0.26 y 0.27 g ART/g de materia seca, respectivamente (Fig. 2).
Al final de esta etapa se observó que 175 ºC, 1 % de H2SO4 y 5 min fueron las condiciones de mayor porcentaje de hidrólisis, ya que con ellas se obtuvo la mayor cantidad de ART por gramo de harina de nopal pretratada. El análisis estadístico no indicó diferencias significativas entre los otros tratamientos (p < 0.05). Se procedio a evaluar el efecto de la concentración de ácido sobre la cantidad de materia hidrolizada (Fig. 3); los resultados obtenidos señalan que con un PTH sin la adición de H2SO4 se tiene en promedio 64.36 % de materia hidrolizada y el resto son residuos sólidos (35.64 %). El porcentaje de hidrólisis de la harina aumenta conforme se incrementa la concentración de ácido sulfúrico; sin embargo, como ya se ha mencionado, a mayor exposición de la materia prima a condiciones ácidas, se corre el riesgo de menor rendimiento de los azúcares. Este resultado suguiere que primeramente hay una hidrolisis del mucílago y compuestos solubles y parte de la celulosa amorfa, y el residuo resultante es la celulosa cristalina que necesita de condiciones de hidrólisis mas severas para liberar monosacáridos. A medida que se agrega ácido, el porcentaje de materia hidrolizada aumenta hasta cierto punto, al igual que los ART liberados en la fase líquida, ya que como se indicó anteriormente, una mayor concentración de iones H+ parece tener un mayor efecto positivo sobre la hidrólisis de las cadenas de polisacáridos presentes en los cladodios que cuando se emplea sólo agua. Para la siguiente etapa de este trabajo y con las condiciones de hidrólisis ácida elegidas (1 % de H2SO4 y 5 min de tratamiento a 175 ºC), se observó que queda un residuo sólido que representa el 27.11 % del material lignocelulósico sin hidrolizar. Este material fue sometido a un tratamiento enzimático para aumentar el rendimiento de los azúcares liberados.
Fig. 3 Porcentajes de materia hidrolizada con PTH con y sin ácido diluido a 175 ºC y 5 min de reacción
Respecto a la fracción acuosa, se determinó el perfil de azúcares por cromatografía líquida y se observó que alrededor de un 57.14 % correspondió a galactosa, seguido de arabinosa (20.51 %), glucosa (13.18 %) y xilosa (9.17 %). Estos azúcares están presentes en las cadenas de polisacáridos que componen los mucílagos de nopal (Domínguez 1995), que al hidrolizarse se liberaron al medio.
Por otra parte, una de las ventajas que se tienen al emplear un RAP para aplicar el PTH y el PTH con ácido en harina de OFI, es el ahorro significativo de tiempo y ácido, ya que en condiciones de 121 ºC y 1 atm de presión durante 27.25 min con 3.47 % de H2SO4 (datos sin publicar) con esta misma materia prima. Al comparar este resultado con trabajos similares para tratamientos de OFI, se tiene que se han empleado 50 min y 1.5 % de H2SO4 (Kuloyo et al. 2014), 60 min y 1.25 % de H2SO4 (Santos et al. 2016) y 30 min con 3.65 % de HCl (Retamal 1987).
Tratamiento enzimático
El residuo sólido resultante del PHT fue sometido a un tratamiento enzimático para determinar su efecto sobre la liberación de azúcares. Los resultados obtenidos mostraron que se obtuvo un hidrolizado final que representó el 70.4 % del total del sustrato empleado (1.66 g) después de 36 h de tratamiento (Fig. 4), resultado similar al obtenido por Arantes y Saddler (2011). En este proceso se utilizó una cantidad de enzima de 200 mg/g sustrato, mientras que dichos autores utilizaron 63 mg/g sustrato. El hecho de haber utilizado mas enzima se puede deber a varios factores, como pueden ser: a) una afinidad diferente de la enzima por sustrato; b) una fuente diferente de la enzima utilizada; c) factores de inhibición por sustrato debido a que la complejidad del hidrolizado en cuanto a su composición de azúcares es muy alta; o d) la presencia de compuestos inhibitorios en el residuo, propios de OFI, que inhiben la acción de la celulasa, tal como lo describe Ximenes et al. (2010).
El análisis por HPLC, mostró principalmente la presencia de glucosa, fructosa y xilosa a una concentración de 52.32, 3.47 y 1.73 g/L que representa el 89.54, 5.95 y 2.96 %, respectivamente. En menor concentración se detectó galactosa y arabinosa. Es probable que la reacción que ocurre en las condiciones ensayadas favorezca el rompimiento de los enlaces endo-β-1,4 de la celulosa; asimismo, es posible que el PTH con ácido diluido genere fibra reactiva que es más susceptible a un tratamiento enzimático. Se han observado resultados similares con residuos lignocelulósicos de otro origen en los cuales se ve favorecida la hidrólisis enzimática al recibir un PTH con o sin ácido agregado (Taherzadeh y Karimi 2008, Amiri y Karimi 2015, Gonçalves et al. 2015).
Fermentación alcohólica
La fermentación alcohólica se llevó a cabo con S. cerevisiae durante 72 h (Fig. 5a), con una concentración inicial de azúcares de 21.269 g/L. El balance estequiométrico sugiere un rendimiento teórico de 10.87 g/L de etanol si todos los azúcares son glucosa y/o fermentables. Al cabo del periodo señalado se produjeron alrededor de 6.681 g/L de etanol, es decir, un rendimiento real del 61.46 %. Por otra parte, el azúcar residual fue de 4.295 g/L, lo que generó un consumo de azúcares del 77 % que es muy cercano a la concentración de glucosa y fructosa detectadas en el proceso de hidrólisis, que además fueron los azúcares mayoritariamente consumidos. Se observó que los azúcares como galactosa, xilosa y arabinosa no fueron asimilados por la levadura empleada (Fig. 5b).
Fig. 5 (a) Producción de etanol a partir de los azúcares obtenidos en el PTH con ácido diluido y con el tratamiento enzimático al residuo sólido. (b) Consumo de los azúcares durante la fermentación alcohólica
Son pocos los trabajos en que se ha estudiado la posibilidad de producir etanol a partir de azúcares obtenidos de OFI. Cabe resaltar que en casi todos estos trabajos se ha empleado S. cerevisiae como organismo fermentador. Por otro lado, a fin de comparar los resultados obtenidos es muy importante conocer la relación sólido-líquido de la cual se partió en cada trabajo, pues esta variable gobierna directamente la liberación de azúcares e indirectamente la producción de alcohol. Retamal et al. (1987) observaron que en un pretratamiento con ácido clorhídrico y uno enzimático de cladodios de Opuntia se obtenía hasta 17.7 g/L de etanol; sin embargo, no se especifica la relación sólido-líquido utilizada. En un trabajo similar, Kuloyo et al. (2014) probaron una relación sólido-líquido de 3.36, produciendo 25.8 g/L de etanol. Al comparar este resultado con el obtenido en el presente trabajo, se observa que al haber mayor concentración de azúcares en el medio de producción (hidrolizados de Opuntia), se pueden obtener mayores rendimientos. Por otra parte, Santos et al. (2016), produjeron con hidrolizados de Opuntia, 3.5 g/L de etanol con una relación S:L de 13.33, lo que sugiere que independientemente de la relación S:L empleada, la complejidad en la composición de carbohidratos del hidrolizado es un factor que impide obtener altos rendimientos de etanol. Un factor a tomar en cuenta al utilizar PTH para hidrolizar cladodios de Opuntia spp. es la generación de xilooligosacáridos, que tienen gran importancia en las industrias alimenticia y farmacéutica, principalmente (Gullón et al. 2011, Xiao et al. 2013). Esta puede ser una alternativa atractiva de uso del hidrolizado.
En general, los rendimientos de alcohol conseguidos en esta investigación imponen otro tipo de retos debido a la complejidad del hidrolizado obtenido, ya que se requieren microorganismos altamente especializados capaces de fermentar las pentosas y hexosas presentes. Stintzing y Carle (2005) desarrollaron productos de Opuntia spp. enfocados a la industria farmacéutica, cosmética y alimentaria, ya que esta planta es un fuente potencial de otros productos con interés biotecnológico, que van de pectinas (Goycoolea y Cárdenas 2003), fibras solubles (Sáenz y Sepúlveda 2001), compuestos antioxidantes y fibra insoluble, a compuestos con propiedades anticancerígenas (Serra et al. 2013), entre otros.
Se le han atribuido varios beneficios a esta planta, muchos de los cuales se pueden derivar de las cadenas de oligosacáridos que se liberan durante un PTH, como los xilooligasacáridos, que recientemente han tenido aplicaciones en las industrias antes mencionadas (Gullón et al. 2011, Xiao et al. 2013). Aunado a lo anterior, el residuo sólido, compuesto principalmente por celulosa (del cual se obtiene una importante cantidad de glucosa), podría utilizarse para la producción de etanol y -a reserva de analizar su factibilidad- concentrar estos azúcares para manejar porcentajes más elevados en una fermentación alcohólica.
CONCLUSIONES
Con la metodología generada se alcanzó un 70.4 % de hidrólisis de los cladodios de OFI empleando 5 min de proceso. Un PTH sobre OFI utilizando únicamente agua (autohidrólisis) produjo bajos rendimientos de ART (0.05 g/L) y altos rendimientos de oligosacáridos. Por ello, para mejorar la liberación de monosacáridos es necesario agregar ácido a una concentración de 1 %. Además, el tiempo y el gasto de ácido disminuyen al emplear un PTH sobre este sustrato. Por otro lado, la hidrólisis enzimática del residuo sólido resultante incrementó la liberación de azúcares, liberando glucosa como principal azúcar, lo que podría mejorar la producción de etanol. Sin embargo, la complejidad del hidrolizado en cuanto a su composición química tuvo como principal efecto una baja producción de etanol si se compara con lo obtenido con otro tipo de residuos estudiados. Por lo anterior se requiere integrar a este proceso microorganismos capaces de metabolizar no sólo glucosa, sino también otro tipo de azúcares como pentosas, o utilizar microorganismos genéticamente modificados capaces de fermentar los azúcares presentes en el hidrolizado para hacer rentable la producción de bioetanol a partir de cladodios de Opuntia spp.
