Deslignificación y sacarificación con mezclas enzimáticas del bagazo de Agave tequilana Weber para la producción de hidrógeno y metano

Abstract

"El bagazo de A. tequilana Weber es un sustrato potencial para la producción de hidrógeno y metano por su alto contenido de polisacáridos (celulosa y hemicelulosa). Sin embargo, la presencia de la lignina y la estructura heterogénea de la hemicelulosa impiden que exista una disponibilidad adecuada de dichos polisacáridos. Por ello, es necesario aplicar un pretratamiento seguido de una hidrólisis enzimática con una mezcla de enzimas, que logren tanto la eliminación de la lignina como la hidrólisis de la hemicelulosa y celulosa. En el presente trabajo se evaluó la producción de hidrógeno y metano en lote a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de agave deslignificado con peróxido de hidrógeno alcalino (PHA) y sacarificado mediante procesos de hidrólisis secuenciales y una mezcla de enzimas (celulasas y hemicelulasas). Los resultados obtenidos del pretratamiento con PHA indicaron que es posible remover 97% de la lignina del bagazo de agave, y recuperar 88% de la celulosa y hemicelulosa. Además, durante la etapa de hidrólisis enzimática se demostró que al usar una mezcla de enzimas incrementa tanto el rendimiento de azúcares totales (AT) (292.1 ± 4.7 mg AT/g bagazo) como la productividad de sacarificación (24.3 ± 0.2 mg AT/g bagazo-h), a diferencia de los obtenidos en un proceso de hidrólisis empleando sólo celulasas (205 mg AT/g bagazo y 17 mg AT/g bagazo-h, respectivamente). El hidrolizado obtenido mejoró ligeramente el rendimiento molar de hidrógeno e incrementó 2.5 veces el rendimiento global de la producción de hidrógeno (123 L H2/kg bagazo) respecto a lo obtenido con el tratamiento por celulasas. No obstante, en la producción de metano no se observó una mejora en el proceso, debido a que el rendimiento de producción fue bajo (0.08 ± 2 L CH4/g DQO añadido) en comparación con el rendimiento teórico de metano (0.35 L CH4/g DQO). En conclusión, en el presente trabajo se demostró que el uso de mezclas enzimáticas tiene un impacto positivo en los rendimientos y productividades de sacarificación, así como en la producción de hidrógeno."

"Agave tequilana Weber bagasse is a potential substrate for hydrogen and methane production, due to it is high content of polysaccharides (cellulose and hemicellulose). However, the presence of lignin and the heterogeneous structure of hemicellulose hinders the availability of such polysaccharides. For these reasons, it is necessary to apply a pretreatment followed by an enzymatic hydrolysis with a mixture of enzymes, achieving the elimination of lignin and the hydrolysis of hemicellulose and cellulose. The aim of the present work was to evaluate the batch production of hydrogen and methane from hydrolysates of delignified agave bagasse with alkaline hydrogen peroxide (AHP) and saccharified by a sequential hydrolysis processes using a mixture of enzymes composed by cellulases and hemicellulases. The results obtained during the pretreatment with AHP indicated that it is possible to delignify the agave bagasse up to 97% and recover 88% of cellulose and hemicellulose. The results of the enzymatic hydrolysis stage revealed that using such a mixture of enzymes the yield of total sugars (TS) (292.1 ± 4.7 mg TS/g bagasse) and saccharification productivity (24.3 ± 0.2 mg TS/g bagasse-h) were increased, compared to that obtained with the treatment by cellulases (205 mg TS/g bagasse and 17 mg AT/g bagasse-h, respectively). The hydrolyzate obtained from the saccharification process with the enzymatic mixture slightly improved the hydrogen molar yield and increased the overall yield of hydrogen production (123 L H2/kg bagasse) by 2.5 times compared to that obtained with the treatment by cellulases. However, there was no improvement in the methane production, because the production yields were low (0.08 ± 2 L CH4/g COD added) compared to the theoretical methane yield (0.35 L CH4/ g COD). In conclusion, the present work showed that the use of enzymatic mixtures has a positive impact on the yields and productivities of saccharification, as well as on the production of hydrogen."