{"id":89164,"date":"2010-03-01T00:00:00","date_gmt":"2010-03-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2010\/03\/01\/la-ruta-enzimatica\/"},"modified":"2017-02-01T16:43:11","modified_gmt":"2017-02-01T18:43:11","slug":"la-ruta-enzimatica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/la-ruta-enzimatica\/","title":{"rendered":"La ruta enzim\u00e1tica"},"content":{"rendered":"

\"\"EDUARDO CESAR<\/span>La fermentaci\u00f3n del jugo de la ca\u00f1a de az\u00facar es a\u00fan hoy en d\u00eda la mejor v\u00eda para la obtenci\u00f3n de alcohol combustible, un producto cuya oferta puede incrementarse, incluso sin expandir el \u00e1rea de cultivo. Este es un reto que Brasil debe vencer, si es que pretende dar cuenta de la creciente demanda externa de etanol. Y tal demanda en aumento es una posibilidad que se abri\u00f3 de manera m\u00e1s clara debido a un estudio anunciado a comienzos de febrero por la Agencia de Protecci\u00f3n Ambiental de Estados Unidos (EPA, sigla en ingl\u00e9s), que demuestra que el etanol de ca\u00f1a de az\u00facar es un biocombustible avanzado, capaz de reducir las emisiones de gases nocivos causantes del efecto invernadero hasta un 61% si se lo compara con la gasolina. Una soluci\u00f3n consiste en aprovechar el az\u00facar contenido en el bagazo y en la paja de la ca\u00f1a (las hojas de la planta que quedan en el campo despu\u00e9s de la zafra), adem\u00e1s del existente en el jugo que se emplea en la producci\u00f3n actual, para fabricar el llamado etanol celul\u00f3sico. El gran obst\u00e1culo tecnol\u00f3gico que ha de sortearse reside en que el az\u00facar de la celulosa del bagazo, y el de otras biomasas, est\u00e1 organizado en grandes estructuras llamadas polisac\u00e1ridos, que las levaduras no logran fermentar directamente para convertirlos en etanol. Para facilitar la etapa de conversi\u00f3n qu\u00edmica de la celulosa en glucosa, denominada hidr\u00f3lisis, dos grupos de investigaci\u00f3n brasile\u00f1os, uno coordinado por los profesores Rubens Maciel Filho y Aline Carvalho Costa, de la Facultad de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica (FEQ) de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), y otro por el profesor Adilson Roberto Gon\u00e7alves, de la Escuela de Ingenier\u00eda de Lorena (EEL) de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), en colaboraci\u00f3n con la Universidad Federal de Pernambuco (Ufpe), desarrollaron distintos procesos de pre-tratamiento de la biomasa \u2013uno a temperatura ambiente y otro con tratamiento t\u00e9rmico de vapor\u2013 para separar los tres componentes que forman las paredes celulares de las plantas \u2013la celulosa, la hemicelulosa y la lignina\u2013 que se encuentran interconectados y contribuyen para darle la textura r\u00edgida a los vegetales.<\/p>\n

En el proceso que desarroll\u00f3 el grupo de investigaci\u00f3n de Rubens Maciel, que cuenta con la participaci\u00f3n de la profesora Aline Carvalho da Costa y de la doctoranda Sarita C\u00e2ndida Rabelo, ambas de la FEQ-Unicamp, la separaci\u00f3n de los componentes se hace mediante el empleo un producto qu\u00edmico llamado per\u00f3xido de hidr\u00f3geno, que en soluci\u00f3n acuosa es m\u00e1s conocido como agua oxigenada, a temperatura ambiente. “Se pone en contacto el per\u00f3xido de hidr\u00f3geno con el bagazo, que no debe pasar por ninguna etapa previa de tratamiento antes de su utilizaci\u00f3n”, dice el investigador. El producto ataca a la estructura vegetal de manera tal que permite la liberaci\u00f3n de la celulosa y la hemicelulosa en forma l\u00edquida y tambi\u00e9n disuelve la lignina, que posteriormente es recuperada para otros usos, que van desde la fabricaci\u00f3n de productos qu\u00edmicos hasta la generaci\u00f3n de energ\u00eda mediante la quema en calderas. La celulosa es un polisac\u00e1rido formado por mon\u00f3meros de glucosa, estructuras con seis \u00e1tomos de carbono unidos entre s\u00ed. Cuando pasa por el proceso de hidr\u00f3lisis, libera esos mon\u00f3meros, que pueden ser fermentados f\u00e1cilmente por las levaduras. La hemicelulosa tiene en su estructura mon\u00f3meros de pentosas, que son az\u00facares de cinco carbonos. Es m\u00e1s dif\u00edcil convertir estos az\u00facares en etanol con los microorganismos actualmente disponibles para la fermentaci\u00f3n. En tanto, la lignina es una macromol\u00e9cula org\u00e1nica compleja que une a las fibras celul\u00f3sicas, con lo cual aumenta la rigidez de la pared vegetal.<\/p>\n

“La ventaja del proceso que desarrollamos radica en que se hace a temperatura ambiente, con un tiempo muy r\u00e1pido de operaci\u00f3n: alrededor de una hora”, dice Maciel. Adem\u00e1s, no genera residuos que contaminen el ambiente. “Es un proceso de bajo costo debido a la rapidez con que el per\u00f3xido desmonta la estructura lignocelul\u00f3sica, sin ning\u00fan gasto energ\u00e9tico”. El pre-tratamiento es una operaci\u00f3n auxiliar que se destina a desmontar la estructura vegetal, para que el material celul\u00f3sico quede disponible para ser hidrolizado por microorganismos capaces de extraer la glucosa de la celulosa para la producci\u00f3n de etanol. “Es sumamente importante dejar el material celul\u00f3sico preparado para que durante la fase de hidr\u00f3lisis se requiera la menor cantidad posible de enzimas, a los efectos de que los costos de esta etapa se reduzcan y el proceso tenga aceptaci\u00f3n comercial”, dice Maciel. Las enzimas son prote\u00ednas producidas por hongos, bacterias y plantas, capaces de producir reacciones qu\u00edmicas espec\u00edficas sin sufrir alteraciones en su composici\u00f3n. Una de las m\u00e1s empleadas actualmente para la producci\u00f3n de etanol \u2013y elegida para testear el proceso de pre-tratamiento debido a su eficacia\u2013 es la fabricada por la empresa Novozymes, una multinacional danesa que produce enzimas industriales empleadas en detergentes y biocombustibles, y en la fabricaci\u00f3n de alimentos, entre otros productos. La producci\u00f3n de enzimas destinadas a la fabricaci\u00f3n de etanol tambi\u00e9n forma parte de una de las l\u00edneas de investigaci\u00f3n llevada adelante en la Facultad de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica de la universidad. El objetivo es llegar a una enzima del propio bagazo, de manera tal de eliminar la etapa de purificaci\u00f3n, que encarece el producto final.<\/p>\n

“Nuestro proceso permite la obtenci\u00f3n de etanol de biomasa con una baja carga enzim\u00e1tica, cosa que reduce considerablemente los costos de producci\u00f3n”, dice Maciel. Debido a todas estas innovaciones, como en el caso de la materia prima barata para deconstrucci\u00f3n de la estructura vegetal, este proceso redund\u00f3 en un dep\u00f3sito de patente en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI) por parte de la Agencia de Innovaci\u00f3n (Inova) de la Unicamp. “El avance de nuestro proceso de pre-tratamiento radica en el uso del per\u00f3xido de hidr\u00f3geno, sumado a las condiciones operativas, tales como la temperatura y el tiempo de operaci\u00f3n, que est\u00e1n protegidas por la patente”, dice. Con este proceso, que hasta la fase actual ha demostrado ser bastante factible para su aplicaci\u00f3n en gran escala, el grupo ha logrado que todo el az\u00facar existente en el bagazo quede disponible para su fermentaci\u00f3n. “Sin los procesos de pre-tratamiento, tan s\u00f3lo el 9% del az\u00facar contenido en el bagazo se transforma en etanol.”<\/p>\n

\"\"EDUARDO CESAR<\/span>En escala semi-industrial
\n<\/strong>Por ahora las pruebas han venido haci\u00e9ndose en escala de laboratorio. “Pero, como se trata de un proceso que utiliza un reactor, que es un tanque agitado, que ya lo conocemos muy bien a causa de otros procesos realizados dentro de industrias qu\u00edmicas, petroqu\u00edmicas y de biotecnolog\u00eda, no vemos problemas en pasar a una escala mayor”. Una de las pr\u00f3ximas etapas consistir\u00e1 en probar el proceso en una planta piloto en escala semi-industrial.\u00a0 La misma ya se encuentra en construcci\u00f3n en las instalaciones del Centro de Ciencia y Tecnolog\u00eda del Bioetanol (CTBE), vinculado al Ministerio de Ciencia y Tecnolog\u00eda, en Campinas, interior paulista. Las mismas instalaciones ser\u00e1n utilizadas por el grupo de investigaci\u00f3n coordinado por el profesor Adilson Roberto Gon\u00e7alves, l\u00edder de investigaci\u00f3n del grupo de Conversi\u00f3n de Biomasa Vegetal de la Escuela de Ingenier\u00eda de Lorena (EEL) de la USP, para probar en gran escala el proceso desarrollado para extraer etanol de la celulosa, basado en un tratamiento t\u00e9rmico de vapor que rompe la estructura r\u00edgida de la biomasa para que los polisac\u00e1ridos queden a disposici\u00f3n de las levaduras.<\/p>\n

El bagazo dispuesto dentro de un reactor cerrado es impregnado con vapor de agua, en temperaturas que var\u00edan de 170 a 190 grados Celsius, durante siete minutos. Este sistema tiene en una de las salidas una v\u00e1lvula de apertura, que al abr\u00edrsela r\u00e1pidamente promueve una descompresi\u00f3n s\u00fabita, un proceso llamado explosi\u00f3n de vapor. Este procedimiento es empleado en una central de la regi\u00f3n de Ribeir\u00e3o Preto, en el interior paulista, para hacer alimento para ganado a base de bagazo de ca\u00f1a. “La desestructuraci\u00f3n del bagazo, en ese caso, se hace para ayudar a los animales en la digesti\u00f3n”, dice Gon\u00e7alves. Pero no se la hab\u00eda usado a\u00fan para la producci\u00f3n de etanol. La profesora Ana Maria Souto Mayor, de la Universidad Federal de Pernambuco, colabora en el proyecto chequeando algunas condiciones del proceso adaptado al etanol en un reactor utilizado en investigaciones del proyecto Bioetanol, financiado por el Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq) y la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep). Una de las alumnas de doctorado de Gon\u00e7alves, Priscila Maziero, har\u00e1 una pasant\u00eda en la Universidad de Lund, Suecia, para estudiar procesos de hidr\u00f3lisis para residuos agr\u00edcolas. Recientemente, Priscila pas\u00f3 dos semanas en la Ufpe siguiendo de cerca las pruebas.<\/p>\n

Lo que surge del pre-tratamiento t\u00e9rmico es una mezcla s\u00f3lida: la lignocelulosa, compuesta de celulosa y lignina, con l\u00edquido (una soluci\u00f3n acuosa de componentes de la hemicelulosa). Luego se somete a la lignocelulosa a una etapa de extracci\u00f3n qu\u00edmica para remover la lignina, y entonces queda solamente la celulosa. Estudios realizados por el grupo, que involucran el empleo de microscop\u00eda electr\u00f3nica y refracci\u00f3n de luz en el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotr\u00f3n (LNLS), en Campinas, con la colaboraci\u00f3n del profesor Igor Polikarpov, del Instituto de F\u00edsica de la USP de la localidad paulista de S\u00e3o Carlos, demostraron \u2013si bien a\u00fan dependen de an\u00e1lisis finales\u2013 que la hidr\u00f3lisis directa del material lignocelul\u00f3sico compromete el trabajo das enzimas. “Entonces decidimos incorporar una etapa de deslignificaci\u00f3n alcalina, que resulta en la remoci\u00f3n de la lignina, similar a la utilizada en los procesos tendientes a la obtenci\u00f3n de pulpa de celulosa para la fabricaci\u00f3n de papel”, dice Gon\u00e7alves. A tal fin, se emplea una base, que en laboratorio es de hidr\u00f3xido de sodio, pero que en la industria puede reemplaz\u00e1rselo con cal, dependiendo de los costos. “Pero nuestra condici\u00f3n de deslignificaci\u00f3n alcalina es suave, con soluciones que contienen alrededor de un 1% de hidr\u00f3xido de sodio, mientras que en el proceso de pulpaci\u00f3n celul\u00f3sica las cargas llegan al 20%”, informa Gon\u00e7alves, quien cont\u00f3 con la colaboraci\u00f3n del profesor George Jackson Rocha, tambi\u00e9n de la EEL. Con la remoci\u00f3n de la lignina, la celulosa est\u00e1 lista para ser sometida a la hidr\u00f3lisis enzim\u00e1tica. Las enzimas que emplean tambi\u00e9n son de Novozymes. “El origen de la celulosa que ser\u00e1 degradada no redunda en demasiadas diferencias en el resultado final, no as\u00ed en lo que se refiere a la enzima empleada”, dice el investigador.<\/p>\n

El foco inicial de ambos proyectos fue el bagazo proveniente de la molienda de la ca\u00f1a. Aunque una parte actualmente se quema dentro de las centrales, los c\u00e1lculos apuntan que existe todav\u00eda un excedente del 30% de esa biomasa. Pero nada impide que los dos procesos de pre-tratamiento se utilicen tambi\u00e9n en el procesamiento de la paja de la ca\u00f1a que queda en el suelo durante la zafra. “Con la prohibici\u00f3n de la quema, la tendencia apunta que la paja tambi\u00e9n se agregar\u00e1 al bagazo y que esa biomasa se emplear\u00e1 para complementar la producci\u00f3n de combustibles l\u00edquidos”, dice Maciel. Por ahora, no existe una estructura que se destine a levantar la paja en el campo. Una parte se arroja picada como cobertura en la tierra y la otra carece de utilidad. “Existe un desaf\u00edo tecnol\u00f3gico que deber\u00e1 vencerse para que la paja no siga pudri\u00e9ndose en el campo”, dice Gon\u00e7alves.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Nuevos procesos facilitan la producci\u00f3n de etanol de segunda generaci\u00f3n","protected":false},"author":22,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[276,297,328],"coauthors":[115],"class_list":["post-89164","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-bioenergia-es","tag-ingenieria","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/89164","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/22"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=89164"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/89164\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=89164"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=89164"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=89164"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=89164"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}