Obtención de bioproductos a partir de subproductos de la industria azucarera

Abstract

La industria azucarera genera grandes cantidades de subproductos, como son la pulpa de remolacha agotada (PRA) y la melaza de remolacha azucarera (MRA), los cuales presentan un alto contenido en polisacáridos y/o azúcares fermentables. Actualmente, la PRA se utiliza como forraje en la ganadería, y si no es así, se deshecha en vertederos o se quema en campos liberando gases contaminantes a la atmósfera. La MRA se ha empleado como sustituto de edulcorantes y colorantes en la industria alimentaria, o para la producción de pienso de bajo valor, contribuyendo al desperdicio de recursos. Sin embargo, la composición de la PRA (24 – 32 % hemicelulosa, 22 – 30 % celulosa y 15 – 32 % pectina, principalmente) y de la MRA (46,5 – 66,1 % sacarosa) permite emplearlos como materia prima para la producción de bioproductos (bioetanol, ácido láctico o biohidrógeno, entre otros) mediante procesos biotecnológicos, revalorizándose como materia prima en procesos de biorrefinería enfocados en la economía circular. Este Trabajo de Fin de Grado evalúa el potencial del aprovechamiento combinado de la PRA y la MRA para la producción de bioetanol mediante hidrólisis enzimática y fermentación alcohólica. En primer lugar, para el estudio de la etapa de hidrólisis, se evaluó el efecto de la dosis enzimática sobre el proceso hidrolítico de la PRA. Se determinó la dosis de 50 FPU/g como la más adecuada entre las estudiadas. Una vez seleccionada la dosis óptima de enzima, se llevó a cabo un estudio en el que se evaluó el efecto de utilizar distintas proporciones melaza – PRA en el proceso de hidrólisis enzimática. La condición sin melaza en el medio dio lugar a una concentración final de azúcares fermentables ligeramente superior a las demás, por tanto, la incorporación de melaza no mejoró la liberación de azúcares. Por esta razón, esta se eligió como la más adecuada entre las estudiadas. En la etapa de fermentación se realizó un estudio del efecto de incorporar distintas proporciones de melaza al hidrolizado rico en azúcares de PRA. La mayor productividad de etanol se obtuvo con una proporción del 15 % de melaza (1,61 g·L-1 ·h-1). No obstante, de cara a elegir la proporción más adecuada se requeriría un estudio más profundo en el que se emplearan proporciones intermedias de melaza, se calcularan los rendimientos de producción de etanol y evaluaran los efectos inhibitorios a altas concentraciones de etanol, así como los debido a otros compuestos.

The sugar industry generates large quantities of by-products, such as spent beet pulp (SBP) and sugar beet molasses (SBM), which have a high content of polysaccharides and/or fermentable sugars. Currently, SBP is used as fodder in livestock farming, and if not, it is disposed of in landfills or burned in fields, releasing polluting gases into the atmosphere. SBM has been used as a substitute for sweeteners and colourings in the food industry, or for the production of low-value feed, contributing to the waste of resources. However, the composition of SBP (24–32% hemicellulose, 22–30% cellulose and 15–32% pectin, mainly) and SBM (46.5 – 66.1 % sucrose) allows them to be used as raw materials for the production of bioproducts (bioethanol, lactic acid or biohydrogen, among others) through biotechnological processes, thereby increasing their value as raw materials in biorefinery processes focused on the circular economy. This Final Degree Project evaluates the potential of the combined use of SBP and SBM for the production of bioethanol through enzymatic hydrolysis and alcoholic fermentation. Firstly, for the study of the hydrolysis stage, the effect of the enzyme dose on the SBP hydrolysis process was evaluated. A dose of 50 FPU/g was determined to be the most suitable among those studied. Once the optimal enzyme dose was selected, a study was carried out to evaluate the effect of using different SBM – SBP ratios in the enzymatic hydrolysis process. The condition without molasses in the medium resulted in a final concentration of fermentable sugars slightly higher than the others, therefore, the addition of molasses did not improve sugar release. For this reason, it was chosen as the most suitable among those studied. During the fermentation stage, a study was conducted on the effect of incorporating different proportions of molasses into the SBP sugar-rich hydrolysate. The highest ethanol productivity was obtained with a 15% molasses proportion (1.61 g·L-1 ·h-1). However, in order to choose the most suitable proportion, a more in-depth study would be required in which intermediate proportions of molasses were used, ethanol production yields were calculated, and the inhibitory effects at high ethanol concentrations, as well as those due to other compounds, were evaluated.