Cuantificación de glucosa producida en el hidrolizado enzimático de la biomasa lignocelulósica (cáscara de arroz) - Rogel Alban, Karen Andrea (Machala : Universidad Técnica de Machala, 2017)
El objetivo de la presente investigación fue cuantificar el nivel de glucosa producida en la hidrólisis enzimática de la biomasa lignocelulósica a partir de uno de los residuos agroindustriales más importantes que dispone el Ecuador que es la cáscara de arroz, el cual es un tejido vegetal compuesto por lignina, celulosa y hemicelulosa, por lo que se considera un sustrato adecuado para la producción de azúcares dada su disponibilidad y su relativo bajo costo. Para su transformación en azúcares reductores, se utilizó el hongo Trichoderma reesei, que produce enzimas llamadas celulasas que hidrolizan las celulosas. Algunas de las enzimas celulolíticas más importantes son: endoglucanasas (hidrolizar los enlaces β-(1-4) aleatoriamente a través de las microfibras de celulosa), exoglucanasas (remueven los monómeros de celulosa uno por uno al final del polímero) y β-glucosidasas (rompen los enlaces β-(1-4) entre los monómeros de celulosa pero generan un disacárido llamado celobiosa), encontrando que la temperatura óptima de crecimiento de dicho hongo se encuentra alrededor de 22 a 30 °C, debido a que son aerobios requieren de una fuente de oxígeno y toleran un amplio rango de pH (2 - 8.5), para activar el Trichoderma reesei se adiciono 2% de hongo en un medio de cultivo de 4 % (p/v) de (Carboximetilcelulosa - agua desionizada) incubando durante 5 horas a 35 °C. Con el fin de determinar el potencial de aprovechamiento de la cáscara de arroz como medio de cultivo para el crecimiento del hongo para la hidrolisis enzimática de la celulosa-glucosa, se prepararon 4 medios de cultivos (cáscara de arroz molida y agua desionizada) en biorreactors de capacidad de 2000 ml; con concentraciones del 21 % (p/v) y 100 ml del inoculo activado en CMC, usando sustratos de dos diferentes tamaño de partículas (425 y 850 µm), las cuales fueron inoculadas con conidias del hongo Trichoderma reesei en dos concentraciones (1,5 g/l y 2 g/l), dando como resultado un diseño factorial 2 x 2, donde se hidrolizo por 240 horas a temperatura ambiente y pH 6,5 – 7. Sin embargo, para un adecuado proceso de producción de azúcares, es necesaria la aplicación de pre tratamientos que modifiquen la estructura compleja de este material. El pre tratamiento utilizado fue la molienda de los materiales lignocelulósicos mediante una combinación de astillado y molienda, reduce la cristalinidad de la celulosa, aumenta la superficie específica y la densidad aparente, facilitando la hidrólisis enzimática. El presente experimento se realizó en el laboratorio de Electroquímica de la Universidad Técnica de Machala en donde se midió los azúcares reductores utilizando el método del DNS (ácido di nitrosalisilico) en un espectrofotómetro UV visible. En base a los resultados obtenidos se concluyo que el tratamiento que presentó mayor porcentaje de bioconversión fue aquel que tuvo un tamaño de partícula de 425 µm y una concentración de 2 g/l de inóculo, correspondiendo al tratamiento C, en el cual se evidenció un nivel de glucosa de 458 mg/l, con un pH de 5.2 y 0.5 de oxígeno disuelto ya que al ser el hongo un microorganismo aerobio comienza a consumir oxigeno desde el momento que es inoculado al medio de cultivo.
The objective of the present investigation was to quantify the glucose level produced in the enzymatic hydrolysis of the lignocellulosic biomass from one of the most important agroindustrial residues that Ecuador has, which is the rice husk, which is a plant tissue composed of Lignin, cellulose and hemicellulose, so it is considered an adequate substrate for sugar production given its availability and relative low cost. For its transformation into reducing sugars, the fungus Trichoderma reesei was used, that produces enzymes called cellulases that hydrolyze the celluloses. Some of the most important cellulolytic enzymes are: endoglucanase (hydrolyze β- (1-4) bonds randomly through cellulose microfibers), exoglucanases (remove cellulose monomers one at a time at the end of the polymer) and β-glucosidases (Break the β- (1-4) bonds between the cellulose monomers but generate a disaccharide called cellobiose), finding that the optimum temperature of growth of said fungus is around 22 to 30 °C, because they are aerobic require Of an oxygen source and tolerate a wide pH range (2 - 8.5), to activate Trichoderma reesei, 2 % of fungus was added in a 4 % (w/v) culture medium (Carboxymethylcellulose - deionized water) by incubating For 5 hours at 35 ° C. In order to determine the potential utilization of the rice husk as a growth medium for the growth of the fungus for the enzymatic hydrolysis of cellulose glucose, 4 culture media (ground rice husk and deionized water) were prepared in biorreactors Of capacity of 2000 ml; with concentrations of 21 % (w/v) and 100 ml of the CMC activated inoculum, using substrates of two different particle sizes (425 and 850 μm), which were inoculated with conidia of the fungus Trichoderma reesei in two concentrations (1, 5 g/l and 2 g/l), resulting in a 2 x 2 factorial design, where it hydrolysed for 240 hours at room temperature and pH 6.5-7. However, for an adequate sugar production process, Necessary the application of pre-treatments that modify the complex structure of this material. The pretreatment used was the grinding of the lignocellulosic materials by a combination of chipping and milling, reducing the crystallinity of the cellulose, increasing the specific surface area and bulk density, facilitating the enzymatic hydrolysis. The present experiment was carried out in the Electrochemical laboratory of the Universidad Técnica de Machala where the reducing sugars were measured using the DNS method (di-nitrosalisylic acid) in a visible UV spectrophotometer. Based on the results obtained, it was concluded that the treatment with the highest percentage of bioconversion was the one that had a particle size of 425 μm and a concentration of 2 g/l of inoculum, corresponding to treatment C, in which a Glucose level of 458 mg/l, with a pH of 5.2 and 0.5 dissolved oxygen as the fungus is an aerobic microorganism begins to consume oxygen from the moment it is inoculated to the culture medium.
Keywords: BIOMASA LIGNOCELULÓSICA; TRICHODERMA REESEI; HIDÓLISIS ENZIMÁTICA; CELULASAS; GLUCOSA