Diseño de un proceso de producción de un cocktail enzimático de alta actividad xilanolítica utilizando bagazo de caña de azúcar como inductor y fuente de carbono

Abstract

Las enzimas xilanolíticas son biocatalizadores industriales con una demanda creciente en la industria del etanol de segunda generación. Por este motivo, en años recientes se han desarrollado importantes avances a escala de laboratorio para lograr una producción más barata y eficiente de estas enzimas; sin embargo, poco se ha investigado acerca del desempeño económico de estos avances una vez llevado a cabo el escalamiento a nivel industrial. Para hacer frente a este problema, la siguiente tesis plantea el diseño de un proceso para la producción de un cocktail enzimático de alta actividad xilanolítica utilizando bagazo de caña de azúcar como fuente de carbono teniendo en cuenta la cinética de secreción enzimática del hongo Trichoderma harzianum P49P11 bajo una estrategia de fermentación sumergida por lotes alimentados, el escalamiento de las operaciones unitarias requeridas para la recuperación de enzimas por precipitación con etanol, la implementación de un esquema óptimo de secuenciamiento de tareas y la estimación de los índices de rentabilidad asociados. El proceso se diseñó considerando el procesamiento de 749 kg de bagazo de caña de azúcar por lote, lo que permitió obtener una capacidad de producción de 271 lotes de 2.35 metros cúbicos de cocktail enzimático por año. El producto posee una concentración de proteínas de 15.13 g/L, una actividad enzimática de xilanasas de 485.67 U/mL y un costo de producción de 38.21 US$ por litro. El VAN del proyecto se estimó en US$ MM 16.16, mientras que la TIR se estimó en 27.71%, lo que permitió confirmar que el proceso diseñado es técnica y económicamente viable.

Xylanolytic enzymes are industrial biocatalysts with an increasing demand in the second – generation ethanol industry. Due to this, major advances in recent years regarding its cheaper and more efficient production from a lab - scale point of view have been developed; however, little has been investigated about the economic performance of these innovations after scale - up has taken place. In order to face this problem, the following research project comprises the design of a process to produce a high – xylanase activity enzymatic cocktail using sugarcane bagasse as a carbon source taking into account the kinetics of enzymatic secretion by Trichoderma harzianum P49P11 under fed - batch mode fermentation conditions, the scale – up of the unit operations required to perform the enzyme recovery by ethanol precipitation, the implementation of an optimal scheduling scheme and the project financial analysis. The process was designed from a design basis of 749 kg of sugarcane bagasse and resulted in a production capacity of 271 batches of 2.35 cubic meters of enzymatic cocktail per year. The product has a protein concentration of 15.13 g/L, a xylanase enzymatic activity of 485.67 U/mL and a unit production cost of US$ 38.21 per liter. This project resulted in a NPV of US$ 16.16 MM and an IRR of 27.71%, which confirmed that the designed process is technically and economically feasible.