Efecto de diámetro de esfera y densidad celular en la producción de etanol con levadura inmovilizada en alginato / Effect of pellet diameter and cell density on ethanol production with alginate immobilized yeast

RESUMEN

Las células inmovilizadas tienen aplicación potencial en la producción de biocombustibles posibilitando la reutilización de biomasa, el empleo de diversas configuraciones de reactores y sistemas de cultivo, el manejo de altas densidades celulares alcanzando altas productividades volumétricas, y la simplificación de operaciones de procesamiento de salida. El objetivo del presente estudio fue evaluar la influencia del diámetro de las perlas y la densidad celular en la producción de etanol con Saccharomyces uvarum inmovilizada en alginato al 2% (p/v). Para ello se evaluaron tres diámetros de perlas de 2, 2,5 y 3 mm. Las células inmovilizadas fueron cultivadas en medio con 12% (p/v) de glucosa en biorreactores de columna sin agitación a 28 ºC, y se operaron cuatro lotes consecutivos de 48 horas cada uno. En cada lote se cuantificó el consumo de glucosa y se determinó la cantidad de etanol producido. Los rendimientos máximos de etanol para las esferas de 2, 2,5 y 3 mm de diámetro fueron 81, 83 y 97% del rendimiento teórico. La máxima productividad volumétrica de etanol fue 1,2 g/L-1/h-1 con un consumo de glucosa de 99,8% al término del lote, correspondiente a las columnas con perlas de 3 mm y con una producción de 0,017 g de etanol por esfera. La producción de etanol acumulada en cada sistema fue 178, 189 y 200 g/L-1 para 2, 2,5 y 3 mm respectivamente, encontrándose una relación directa con el diámetro de perla e inversa respecto a la densidad celular. Los rendimientos de etanol obtenidos son superiores a los reportados para la misma especie.

ABSTRACT

Immobilized cells have a potential use in biofuel production. They also allow re-using biomass, using diverse reactor configurations and culture systems, handling high cell densities to obtain high volumetric productivities and to simplify the downstream processing. The purpose of this work was to evaluate the influence of bead diameter and cell density on ethanol production using immobilized Saccharomyces uvarum in 2% (w/v) alginate. For that, three bead diameters (2, 2.5 and 3 mm) were evaluated. Immobilized cells were cultured on a 12% (w/v) glucose medium in column bioreactors without agitation at 28 °C for four 48 h–repeated batches. For each batch, both glucose consumption and ethanol produced were measured. Maximum yields for 2, 2.5 and 3 mm bead diameters were 81, 83 and 97% of theoretical yield. Maximum volumetric productivity of ethanol was 1.2 g/L-1/h-1 with 99.8% glucose consumption at the end of the batch, corresponding to the 3 mm bead diameter and the ethanol production per bead was 0.017 g. Accumulated ethanol production for each system was 178, 189 and 200 g/L-1 for 2, 2.5 y 3 mm bead diameter, respectively, being this directly related to bead diameter and inversely related to cell density. Ethanol yields were higher than those reported for the same species.