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Biocombustibles

La fuerza del magnetismo

Electroimanes instalados en el proceso de fermentación del jugo de caña incrementan la producción de etanol

Seis pequeños y poderosos electroimanes, distribuidos estratégicamente alrededor de un tubo de acero inoxidable por donde pasan el jugo de caña de azúcar, también llamado mosto, y las levaduras utilizadas en la fermentación del etanol, resultaron en un rendimiento hasta un 17% mayor con relación al proceso convencional, una mejora resultante de la reducción del tiempo que demanda esa tarea. Mientras que el proceso tradicional de fermentación en el experimento control tardó 15 horas, con la aplicación de los imanes acoplados al biorreactor ese tiempo se redujo a 12 horas, dice el profesor Ranulfo Monte Alegre, de la Facultad de Ingeniería de Alimentos de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), coordinador del proyecto, que tuvo la participación de cuatro investigadores cubanos, Víctor Haber-Perez, Oselys Rodríguez Justo, Alfredo Fong Reyes y David Chacón Álvarez, del Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado (CNEA) de la Universidad de Oriente, Cuba.

La mejora en la producción fue posible porque el campo magnético alteró el metabolismo de las levaduras, dice Monte Alegre. Los investigadores creen que el campo magnético puede influenciar el potencial de las membranas celulares y, consecuentemente, alterar su permeabilidad al paso de nutrientes. Entonces, si la permeabilidad aumenta, el transporte de sustrato en el interior de la célula también aumenta, y con eso la levadura Saccharomyces cerevisiae, usada en la fermentación, trabaja más rápidamente en el consumo de ese substrato, resultando trayendo como resultado una mayor producción de etanol, explica el profesor. Aunque el resultado haya sido comprobado por los investigadores, esos efectos biológicos de los campos electromagnéticos aún no fueron completamente elucidados. Otra hipótesis atribuye al campo magnético la capacidad de actuar, de alguna forma, con las enzimas, que son los catalizadores biológicos, dejándolas en una conformación más apropiada para reaccionar con el sustrato, en el caso el azúcar, y con otros compuestos del proceso.

Tanto puede ser el efecto de la membrana como de las enzimas, o de las dos cosas al mismo tiempo, dice Monte Alegre. Es necesario hacer estudios bioquímicos más profundos, con la participación de grupos multidisciplinares compuestos por ingenieros, biólogos, bioquímicos, microbiólogos y biofísicos, complementa Haber-Perez, profesor del curso de ingeniería de alimentos de la Fundación Educacional de Barretos, en el interior paulista, autor de un artículo sobre el asunto publicado en octubre en la revista Biotecnology Progress, de la Sociedad Americana de Química.

Crecimiento celular
La investigación que trajo como resultado un aumento de producción del etanol comenzó en el inicio de la década de 1990, con la creación del CNEA, en Cuba. Cuando creamos el departamento de bioelectromagnetismo, ya sabíamos que campos magnéticos de alta frecuencia e intensidad podían afectar los sistemas biológicos, dice Haber-Pérez. Así, el objetivo primario del grupo fue a estudiar los efectos de campos de frecuencia e intensidad extremamente bajas. Con ese estudio verificamos que en el crecimiento celular de bacterias y levaduras puede ser alterado, inhibido u acelerado, dependiendo del campo aplicado, dice. Los microorganismos responden a determinados parámetros como frecuencia, intensidad y tiempo de exposición, y esas condiciones son determinantes para inhibir el acelerar o crecimiento celular el mismo influenciar la producción de un metabolito (compuesto intermediario de las reacciones enzimáticas) de interés.

Las investigaciones iniciadas en Cuba fueron retomadas y en el 2000, cuando el investigador Alfredo Fong Reyes fue para la Unicamp com una beca de  post-doctorado de la Coordinación de Perfeccionamiento de Personal de Nivel Superior (Capes) para trabajar con la aplicación de un campo magnético en la fermentación alcohólica, bajo la orientación del profesor Ranulfo Monte Alegre. Cuando Fong Reyes volvió para Cuba, Haber-Perez, que hacía doctorado en ingeniería química en la Unicamp y también participaba en la investigación, dio continuidad al proyecto. Existen varios estudios publicados que tienen como foco la aplicación de campos magnéticos en diversos procesos de fermentación, pero en todos ellos los sistemas generadores de campo han sido colocados alrededor del fermentador, dice Monte Alegre. Eso funciona para un trabajo en escala de banco de trabajo, pero cuando es ampliado para un fermentador de 100 metros cúbicos no es factible, dice. En la investigación desarrollada en la Unicamp el medio de cultura, incluyendo el substrato y las levaduras, es reciclado externamente por un tubo de acero inoxidable, a través del cual pasa el campo magnético, y sólo entonces vuelve para el fermentador.

Como las investigaciones fueron hechas a escala de laboratorio, son necesarios nuevos estudios para redimensionar los sistemas generadores de campo magnético para una planta piloto y, en la etapa final, en escala industrial. El relieve fue desarrollar una tecnología nacional no convencional, para aumentar la producción de alcohol, dice Haber-Pérez. La publicación de la investigación en el sitio de la Technology Review, revista del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), llamó la atención de la comunidad científica internacional y de empresarios. Recibí muchas comunicaciones del exterior, inclusive de una empresa estadounidense interesada en conocer más detalles de nuestra tecnología y financiar la continuidad de las investigaciones. La posibilidad de aplicarla en procesos de producción de etanol a partir de maíz y biomasa (residuos celulósicos) fue uno de los cuestionamientos más frecuentes.

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