Estudio de enzimas oxidorreductasas en la transformación de biomasa lignocelulósica en biocombustibles

摘要

NOTA5208 La transformación de la biomasa lignocelulósica mediante procesos bioquímicos consta de una etapa de pretratamiento, una etapa de hidrólisis enzimática y una etapa de fermentación. El material pretratado completo (MPC) normalmente es filtrado y lavado para obtener la fracción de residuos sólidos insolubles (RSI) rica en celulosa y lignina. Esta lignina residual supone una barrera para la hidrólisis enzimática de la celulosa y un proceso de deslignificación podría mejorar los procesos de sacarificación. El uso de enzimas ligninolíticas como las lacasas o los sistemas lacasa-mediador (SLM) representan una opción interesante. Sin embargo, en la presente Tesis los tratamientos con lacasa o los SLM no produjeron ningún incremento en la recuperación de glucosa ni tampoco mostraron ninguna reducción del contenido de la lignina residual del RSI. Por otro lado, el uso del MPC está limitado por la presencia de ciertos compuestos de degradación originados durante el pretratamiento. En la presente Tesis se han valorado varias estrategias de destoxificación in situ con lacasas para mejorar la producción de etanol a partir del MPC así como del RSI. Los procesos de destoxificación se han evaluado en diferentes configuraciones, utilizando como microorganismos fermentativos la cepa termotolerante Kluyveromyces marxianus CECT 10875, la cepa industrial Saccharomyces cerevisiae Ethanol Red y las cepas co-fermentadoras de pentosas y hexosas S. cerevisiae F12 y S. cerevisiae KE6-12. De forma general, el tratamiento con lacasa permitió mejorar la supervivencia celular durante la fermentación del MPC, ofreciendo la posibilidad de trabajar a mayores consistencias de sustrato e incrementando la concentración final de etanol, los rendimientos de conversión y las productividades volumétricas. Además, estos mismos efectos también se pudieron observar al utilizar el RSI, permitiendo la fermentación de los materiales a altas cargas de sustrato y alcanzando concentraciones de etanol superiores a la mínima requerida para un escalado industrial.udABSTRACT.The biochemical conversion of lignocellulosic biomass comprises a pretreatment, an enzymatic hydrolysis and a fermentation step. The whole pretreated slurry is usually filtered and washed to obtain the water insoluble solid (WIS) fraction, mainly composed by cellulose and lignin. The residual lignin represents a physical barrier for the enzymatic hydrolysis of cellulose and a delignification process may improve the saccharification step. Ligninolytic enzymes, such as laccases or laccase-mediator system (SLM), can offer an interesting option towards this goal. However, in the present Thesis, treatments with laccase or SLM did not increase the glucose recovery nor reduced the lignin content of the WIS fraction. On the other hand, the use of the whole slurry is limited by the presence of certain degradation compounds formed during pretreatment. In this Thesis different laccase treatment strategies have been evaluated for in situ detoxification to improve ethanol production from the whole slurry and the WIS fraction. Detoxification processes have been evaluated in several configurations, using the thermotolerant strain Kluyveromyces marxianus CECT 10875, the industrial strain Saccharomyces cerevisiae Ethanol Red and the xylose-fermenting strains S. cerevisiae F12 and S. cerevisiae KE6 -12, as fermenting microorganisms. In general, laccase treatment improved the cell viability during fermentation of the whole slurry, allowing working at higher substrate consistencies and increasing the final ethanol concentration, the conversion yields and the volumetric productivities. Furthermore, similar effects were also observed using the WIS fraction, allowing working at high substrate loading and obtaining higher ethanol concentrations than the required to scale up the process.