Editor Hernaacutendez-Fernaacutendez J

Citation Proantildeos J Pintildeeros C Y (2014) Evaluacioacuten de la produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz por Lactobacillus delbrueckii Re-vista Mutis 4(1) pag 33-39

Received Abril 18 2014 accepted Junio 10 2014 Published on line Junio 30 2014

Copyright copy2014 Proantildeos amp Pintildeeros This is an open-access article which permits unrestricted use distributions and reproduction in any medium provided the original author and source are credited

Competing Interests The authors have no conflict of interest

Resumen En Colombia se producen maacutes de 2rsquo000000 de tonela-das de arroz y por lo tanto aproximadamente 400000

Evaluacioacuten de la produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz por Lactobacillus delbrueckii

Jeimmy Proantildeos1 y Yineth Pintildeeros Castro1

1 Universidad Jorge Tadeo Lozano Facultad de Ciencias Naturales e Ingenieriacutea Departamento de Ingenieriacutea Grupo de Investigacioacuten en Ingenieriacutea de Procesos y Sistemas Inteligentes Carrera 4 Nordm 22-61 Bogotaacute D C Colombia Autor para correspondencia yinethpinerosutadeoeduco

Evaluation of the production of lactic acid from rice bran by Lactobacillus delbrueckii

Abstract Actually Colombia produces 2000000 of tons of rice and approx 400000 tons of rice husk This is rice sub pro-duct with high polysaccharides composition and this is utilized for lactic acid production by fermentation as va-lorization alternative In this work we studied the lactic acid production with rice husk without pretreatment and rice husk with alkaline pretreatment with NaOH 2 and 3 (mv) (121 degC 01 MPa 1h) in a simultaneous sacchari-fication and fermentation (HFS) process (40 degC 100 rpm) for 48 h The chemical pretreatment is used to increase the enzymatic hydrolysis yield by lignin and crystalline cellulose structure degradation The glucose produced by enzymatic hydrolysis (with commercial enzymes) it can be fermented to lactic acid by Lactobacillus delbrueckii In a HFS process we studied lactic acid production in a different rice husk concentration as substrate (10 40 y 80 gL) The maximum lactic acid concentration was 181 plusmn 011 gL in a 12 h process with rice husk without pre-treatment as substrate (80 gL) and the maximum yield productsubstrate Yps was 0075 g of lactic acidg rice husk with 20 gL of rice husk with NaOH 3 pretreatment as substrate in a 12 h HFS The alkaline pretreatment is a viable process to produce lactic acid in a low substrate concentrations

Keywords Rice husk simultaneos sacharification and fermentation (HFS) alkaline pretreatment lactic acid lig-nocellulosic biomass

toneladas de cascarilla Este es un subproducto con altos contenidos de polisacaacuteridos que puede ser uti-lizado para la produccioacuten de azuacutecares fermentables y su posterior biotransformacioacuten en aacutecido laacutectico como alternativa de valorizacioacuten En este trabajo se estudioacute la aplicacioacuten de pretratamiento alcalino (NaOH 2 y 3 (mv) 121 degC 01 MPa 1h) para romper la estructura compleja de la cascarilla y favorecer la produccioacuten de aacutecido laacutectico mediante un proceso de hidroacutelisis y fer-mentacioacuten simultaacuteneas (HFS) (40 degC 100 rpm 48 h) En el proceso de HFS se estudioacute la produccioacuten de aacuteci-do laacutectico a diferentes concentraciones de cascarilla de arroz (pretratada y sin tratamiento) como sustra-to (10 40 y 80 gL) utilizando enzimas comerciales y Lactobacillus delbrueckii La maacutexima concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenida fue de 181 plusmn 011 gL a las

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12 h de proceso utilizando cascarilla sin pretratar (80 gL) y el maacuteximo rendimiento Yps fue de 0075 g de aacutecido laacutecticog de cascarilla utilizando 20 gL como sustrato pretratado con NaOH al 3 Aunque este pretratamiento favorece la produccioacuten de aacutecido laacutec-tico a bajas concentraciones de sustrato en el proce-so HFS es necesario explorar otras posibilidades para mejorar los rendimientos obtenidos

Palabras clave cascarilla de arroz hidroacutelisis y fermen-tacioacuten simultaacutenea (HFS) pretratamiento alcalino aacuteci-do laacutectico biomasa lignoceluloacutesica

IntroduccioacutenLa industrializacioacuten del arroz es una actividad econoacute-mica con un impacto relevante en la sociedad y eco-nomiacutea colombianas Seguacuten estadiacutesticas de Fedearroz (Fedearroz 2014) en los uacuteltimos antildeos el aacuterea destina-da a la produccioacuten de arroz en Colombia es de apro-ximadamente 450000 Ha en la cual se generan alre-dedor de 2 millones de toneladas de arroz y cerca de 400000 toneladas de cascarilla por antildeo Los residuos lignoceluloacutesicos generados en el procesamiento del arroz como la cascarilla y el tamo (desecho abando-nado en el sitio de recoleccioacuten) son materiales consi-derados de poco valor y en algunos casos son un re-siduo La cascarilla de arroz compuesta por celulosa (35-40) lignina (20-25) y hemicelulosa (15-20) (Saha et al 2005) no puede ser empleada en la ali-mentacioacuten de animales debido a su baja digestibili-dad la cual es causada por sus caracteriacutesticas abrasi-vas y su alto contenido de cenizas y de siacutelice (Saha y Cotta 2008) La quema de este desecho suele ser la uacutenica estrategia que se sigue para su eliminacioacuten con lo cual se genera un impacto ambiental negativo El poco valor dado especialmente a la cascarilla se debe especialmente a las pocas tecnologiacuteas implementa-das en el paiacutes para su procesamiento y posterior valo-rizacioacuten ya que solo se utiliza como combustible soacuteli-do material para abonos y como cama para animales

La celulosa presente en los materiales lignoceluloacute-sicos es una fuente importante de azuacutecares fermen-tables Sin embargo presenta zonas cristalinas como consecuencia del alto grado de ordenamiento que siguen las glucopiranosas cuando se enlazan lo cual muchas veces dificulta la conversioacuten a glucosa (Ba-dui 2006) Para lograr una hidroacutelisis enzimaacutetica efi-ciente es necesario un pretratamiento con el fin de

abrir la estructura compleja de estos materiales y lo-grar el acceso de las enzimas celulasas al sustrato La lignina restringe el acceso enzimaacutetico y microbioloacutegi-co a la celulosa y la cristalinidad restringe la velocidad de ataque sobre la celulosa (Grohmann et al 1985) Considerando que la lignina es soluble en compuestos alcalinos los tratamientos con NaOH o KOH atacan la lignina y por lo tanto mejoran la digestibilidad enzi-maacutetica de los polisacaacuteridos

En este contexto surge la necesidad de evaluar proce-sos que permitan el aprovechamiento de las fraccio-nes de la cascarilla de arroz de manera que se permita la produccioacuten de compuestos de mayor valor agrega-do Una de las alternativas es la produccioacuten de aacuteci-do laacutectico por rutas biotecnoloacutegicas ya que es posible la obtencioacuten de aacutecido L(+) puro materia prima para la siacutentesis de aacutecido polilaacutectico un poliacutemero biodegra-dable con alto potencial en el mercado como posible sustituto de plaacutesticos derivados del petroacuteleo (Illmen et al 2007) ademaacutes el aacutecido laacutectico es un compues-to requerido en la industria alimenticia farmaceacuteutica y de textiles (Huang et al 2005)

En este trabajo se evaluoacute el uso de la celulosa con-tenida en la cascarilla de arroz para la produccioacuten de aacutecido laacutectico mediante hidroacutelisis enzimaacutetica y fermen-tacioacuten simultaacuteneas usando Lactobacillus delbrueckii Para esto se realizoacute pretratamiento quiacutemico sobre la cascarilla de arroz con el fin de cambiar la estructura del material y favorecer los procesos de hidroacutelisis en-zimaacutetica y fermentacioacuten

Materiales y meacutetodosCascarilla de arroz

La cascarilla de arroz utilizada en este proyecto fue su-ministrada por la planta de Arroz Diana ubicada en El Espinal (Tolima) Esta se mantuvo a temperatura de 18 degC y humedad relativa del 67

Microorganismo e inoacuteculo Se utilizoacute Lactobacillus delbrueckii conservado en glice-rol a -20 degC el cual se activoacute en caldo MRS (De Man Ro-gosa amp Sharpe) cuya composicioacuten (en gL) es la siguien-te peptona 10 extracto de carne 8 extracto de leva-dura 4 acetato de sodio 5 citrato de amonio 2 K2HPO4 2 MgSO4 x 7H2O 02 MnSO4 x H2O 0055 polisorbato

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108 y glucosa 20 durante 12 horas a 40 degC bajo agita-cioacuten orbital a 100 rpm Posteriormente se colocaron 5 mL del cultivo en 50 mL de caldo MRS y se dejoacute en in-cubacioacuten por 24 horas a 40 degC a 100 rpm Este cultivo se utilizoacute como inoacuteculo para el presente estudio

Pretratamiento quiacutemicoSe realizoacute pretratamiento quiacutemico con NaOH al 2 y 3 (mv) con relacioacuten 50 gramos de cascarilla por cada 550 mL de la solucioacuten El tratamiento se realizoacute a 121 degC durante 1 h Luego del tratamiento el material se lavoacute con abundante agua y se secoacute a 60 degC durante 6 horas Se analizoacute la humedad usando un equipo Me-ttler Toledo HB43-S para proceder con su caracteriza-cioacuten (contenido de lignina celulosa y hemicelulosa) e hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten simultaacuteneas

Hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten si-multaacuteneas (HFS)Las unidades experimentales estuvieron constituidas por Erlenmeyer de 250 mL en los que se dispusieron 100 mL de medio de cultivo MRS sin glucosa y suple-mentado con 20 gL 40 gL y 80 gL de cascarilla con y sin pretratamiento El medio de cultivo se preparoacute utilizando buffer de citratos 0acute1 M pH 45 como base Posteriormente se realizoacute el proceso de esterilizacioacuten (15 min a 121 degC) se dejoacute enfriar y se adicionaron 250 microL de combinacioacuten de enzimas celulasas (Celluclast reg y N510010 de Novozymes) y 3 mL de suspensioacuten de ceacute-lulas de Lactobacillus delbrueckii (109 ceacutelulasmL) pro-venientes de un cultivo de 24 horas

Las unidades se mantuvieron en incubacioacuten y agitacioacuten orbital 125 rpm a 40 degC+- 1degC durante 48 h Se tomaron muestras de todas las unidades cada 12 h las cuales se centrifugaron a 14600 rpm (Thermo Electron Corpora-tion Espresso centrifuge 11210800) durante tres minu-tos El sobrenadante fue filtrado con una membrana de 020 microm para su anaacutelisis de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y glucosa por cromatografiacutea liacutequida

Cuantificacioacuten de lignina polisacaacuteridos y cenizasSe cuantificoacute el contenido de lignina y polisacaacuteridos (celulosa y hemicelulosa) en la cascarilla original y pretratada usando la metodologiacutea descrita en los pro-

tocolos de National Renewable Energy Laboratory NREL (Sluiter et al 2008a) Se realizoacute una hidroacutelisis con H2SO4 72 (vv) a 30 degC por 60 min seguida de una con H2SO4 4 (vv) a 121 degC por 1 h Los soacutelidos inso-lubles corresponden a la lignina y la composicioacuten de azuacutecares monomeacutericos (determinada por HPLC) en el hidroacutelizado se usoacute para calcular el contenido de celu-losa y hemicelulosa Las cenizas (minerales) se cuanti-ficaron por gravimetriacutea de acuerdo a los protocolos de la NREL (Sluiter et al 2008b)

Cuantificacioacuten de aacutecido laacutectico y glucosaEl contenido de glucosa y aacutecido laacutectico fue analizado por cromatografiacutea liacutequida (HPLC) utilizando un de-tector de iacutendice de refraccioacuten Se utilizoacute la columna Aminex HPX-87H (Bio-RAD) a 60 degC con H2SO45 mM como fase moacutevil (06 ml min) El caacutelculo de las con-centraciones finales obtenidas de aacutecido laacutectico y glu-cosa se realizoacute mediante el uso de una curva de ca-libracioacuten elaborada usando glucosa anhidra y lactato de sodio (SIGMA)

Disentildeo experimental y anaacutelisis estadiacutesticoSe realizoacute un disentildeo experimental factorial de 32 de medidas repetidas (durante 48 horas) con un total de 9 experimentos realizados por triplicado Los facto-res fueron tratamiento en tres niveles (sin pretrata-miento pretratamiento con NaOH al 2 (mv) pre-tratamiento con NaOH al 3 (mv) y concentracioacuten de cascarilla en tres niveles (20 gL 40 gL 80 gL) Las variables de respuesta fueron concentracioacuten de aacuteci-do laacutectico (AL) en gL y rendimiento producto-sustra-to YALCa (gramos aacutecido laacutecticogramos de cascarilla de arroz) Estas variables de respuesta se calcularon cada 12 horas durante 48 horas

Las muestras se tomaron por triplicado y los resulta-dos reportados son la media aritmeacutetica de los valores que se obtuvieron en los experimentos Con los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis de varianza (Anova) con un nivel de confianza del 95 Asiacute mismo se apli-coacute una prueba de comparacioacuten de medias de Tukey para determinar las diferencias entre los pretrata-mientos empleando para ello el paquete estadiacutestico Statgraphics versioacuten 51

Resultados y discusioacuten

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Produccioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea (HFS) a partir de cascari-lla no tratada y tratada con NaOH

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea en cascarilla de arroz sin pretratamiento

En la figura 1 se muestra el perfil de produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla sin pretratamiento con concentraciones de cascarilla de 20 40 y 80 gL

Figura 1 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y glu-cosa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz sin pretratar y a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En esta figura se observa un aumento raacutepido de la concentracioacuten de glucosa y consumo de la misma para la produccioacuten de aacutecido laacutectico Despueacutes de las 24 horas del proceso se encontroacute disminucioacuten de la concentracioacuten de glucosa a valores aproximadamente constantes durante el tiempo restante (03 gL) Simi-lar resultado reportoacute Quatravaux et al (2006) en sus investigaciones realizadas con L plantarum el cual consumioacute el 56-89 de la glucosa inicial durante las primeras 8 h y la habiacutea consumido casi por completo a las 12 h

La maacutexima concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenida fue de 181 plusmn 011 gL la cual se logroacute con una con-centracioacuten de sustrato de 80 gL en el proceso de HFS El principal beneficio que se deriva de llevar a cabo el proceso de hidroacutelisis enzimaacutetica y fermen-tacioacuten simultaacutenea es la disminucioacuten en la inhibicioacuten que causa la acumulacioacuten de glucosa de manera que este azuacutecar es transformado tan pronto se gene-ra incrementaacutendose a su vez la productividad Por otro lado y considerando el comportamiento tanto

de la produccioacuten de aacutecido laacutectico como del consumo de sustrato se observoacute una limitacioacuten del sustrato pues la hidroacutelisis de la cascarilla ocurrioacute principal-mente durante las 12 primeras horas del proceso lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico en ese periacuteodo

La disminucioacuten en la concentracioacuten del aacutecido laacutectico luego de las 12 horas puede atribuirse a la baja dis-posicioacuten de glucosa que pudiera ser fermentada por Lactobacillus delbrueckii Debido a lo anterior las ceacute-lulas de la bacteria consumieron la glucosa disponible en etapas tempranas de la fermentacioacuten y pronto se encontraron ante la ausencia de este sustrato Algu-nos autores (Monteagudo et al 1997) han reportado que en las fermentaciones con L rhamnosus una vez se habiacutea consumido la totalidad de la glucosa se ini-cioacute una produccioacuten de aacutecido aceacutetico a partir del aacutecido laacutectico producido Otros autores (Quatravaux et al 2006) reportaron que algo muy similar ocurre con L plantarum una vez se han consumido todos los azuacuteca-res susceptibles de ser transformados En ese trabajo se describe que el ambiente bajo el cual se propicia la generacioacuten de aacutecido aceacutetico a partir de aacutecido laacutecti-co es aerobio y que mediante oxidacioacuten se obtienen tambieacuten H2O2 CO2 y ATP resultados del estreacutes oxida-tivo En este trabajo las condiciones de agitacioacuten se usaron para favorecer la hidroacutelisis enzimaacutetica pero pu-dieron favorecer tambieacuten la conversioacuten de aacutecido laacutec-tico en aacutecido aceacutetico La conversioacuten del aacutecido laacutectico estaacute conformada por una serie de pasos el primero de ellos estaacute constituido por la transformacioacuten de este aacutecido a piruvato gracias a la inmediacioacuten de la lactato deshidrogenasa el piruvato es catabolizado a acetil-fosfato el cual finalmente da origen al acetato (Murphy et al 1985)

Cabe resaltar que los cultivos con los que estos inves-tigadores trabajaron tuvieron durante toda la fermen-tacioacuten dos flujos de aire distintos y la cantidad de oxiacute-geno disuelto se varioacute manipulando la agitacioacuten Estos autores tambieacuten afirman que luego de 12 h todas los cultivos de L plantarum sometidos a aireacioacuten inicia-ron el consumo del aacutecido laacutectico que habiacutean produ-cido para transformarlo a aacutecido aceacutetico Algo similar ocurrioacute en el presente trabajo

Para el caso particular de Lactobacillus delbrueckii otros autores (Teysset-Marty et al 2000) observaron que la inhibicioacuten en el crecimiento celular es causa-da por la exposicioacuten a una aireacioacuten permanente ya

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que esta condicioacuten permitiacutea la generacioacuten y acumu-lacioacuten de H2O2 en el medio Esta inhibicioacuten inducida por la presencia de oxiacutegeno es el resultado de lo que se conoce como estreacutes oxidativo y se encuentra ade-maacutes asociada a que las ceacutelulas bacterianas detengan la produccioacuten de aacutecido laacutectico Sin importar que L del-brueckii sea un microorganismo capaz de tolerar cier-tas concentraciones de oxiacutegeno disuelto la presencia de este genera cambios en su metabolismo ocasio-nando el consumo del aacutecido laacutectico

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten en cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y NaOH al 3En la Figura 2 (A y B) se muestra el perfil de produc-cioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz pre-tratada con NaOH al 2 y 3 respectivamente

Cuando se aplica la evaluacioacuten estadiacutestica Anova del efecto del pretratamiento se encuentra que este fac-tor es estadiacutesticamente significativo sobre las varia-bles de respuesta La prueba de comparacioacuten de me-dias (prueba de Tukey) muestra que en cuanto a ob-tencioacuten de aacutecido laacutectico (gL) existe diferencia esta-diacutesticamente significativa con un nivel de confianza del 95 entre la cascarilla de arroz sin pretratamien-to y aquella sometida a pretratamiento (con NaOH al 2 y 3)

Cuando se aplica la prueba de comparacioacuten de me-dias entre las concentraciones de aacutecido laacutectico obteni-das bajo las dos condiciones de pretratamiento se en-cuentra que no existe diferencia estadiacutesticamente sig-nificativa entre ellas De acuerdo a lo anterior puede afirmarse que entre pretratamientos no se presentoacute una variacioacuten importante en cuanto a la produccioacuten de aacutecido laacutectico

La mayor concentracioacuten de aacutecido laacutectico se obtiene con la mayor concentracioacuten de sustrato en el proce-so (80 gL) Se obtuvieron valores de 144 plusmn 015 gL utilizando cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y de 164 plusmn 008 gL con cascarilla pretratada con NaOH al 3 Estos resultados se obtuvieron a las 12 h Estos valores son similares a los obtenidos en ma-terial sin pretratamiento (181 plusmn 011 gL) Es posible que la alta concentracioacuten del sustrato afecte el acce-

so de las enzimas al sustrato especialmente cuando el material es pretratado ya que el comportamien-to es diferente a 20 gL de sustrato con cascarilla pretratada con NaOH al 3 el valor obtenido es 143 gL con NaOH al 2 132 gL mientras que con ma-terial sin pretratar la concentracioacuten de aacutecido laacutectico apenas alcanzoacute 097 gL El efecto positivo del pre-tratamiento alcalino es notable cuando el proceso de HFS se realiza con baja concentracioacuten de sustrato lo que favorece la hidroacutelisis enzimaacutetica y la produc-cioacuten de AL

A

B

Figura 2 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y gluco-sa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz pretrada con NaOH al 2 (A) y NaOH al 3 (B) a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En la Tabla 1 se encuentran los datos obtenidos de la caracterizacioacuten de los materiales sin pretratar y tra-tados En cuanto al contenido de los polisacaacuteridos se evidencioacute que el tratamiento con NaOH afecta las fracciones de lignina y siacutelice ya que se encontroacute una mayor concentracioacuten de los polisacaacuteridos Aunque existen reportes de concentraciones de NaOH cerca-nas a 1M para extraer el siacutelice (Kalapathy et al 2000) bajo las condiciones evaluadas se logra obtener sili-

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cato de sodio lo que se evidencioacute en la formacioacuten de geles durante la experimentacioacuten y al menor conteni-do de minerales en los materiales pretratados

En el caso de la concentracioacuten de aacutecido laacutectico des-

pueacutes de las 12 horas de HFS esta tiende a disminuir de manera sostenida hasta el final del proceso pre-sentando un comportamiento similar al obtenido con cascarilla sin pretratamiento

Tabla 1 Composicioacuten de la cascarilla de arroz ()

Sin pretratamiento Pretratada NaOH 2 Pretratada NaOH 3Lignina 2445 plusmn 146 2269 plusmn 120 2149 plusmn 018Celulosa y hemicelulosa 4034 plusmn 126 7564 plusmn 116 7674 plusmn 106Cenizas 1589plusmn004 170plusmn003 176plusmn005

Relacionado con los rendimientos en la Figura 4 se encuentran los rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las

12 horas de proceso En esta figura se comparan los resultados para materiales sin pretratar y pretratados

000

001

002

003

004

005

006

007

008

009

010

Sin tratamiento NaOH 2 NaOH 3

Yxs

(g

AL

g C

a)

20 gL

40 gL

80 gL

Figura 4 Rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las 12 horas proceso

Se encontroacute que con una concentracioacuten de 20 gL de sustrato los rendimientos mejoran con el pretra-tamiento alcalino siendo el maacuteximo valor obtenido (0075 g ALg Ca) con material pretratado con NaOH al 3 Esta relacioacuten es inferior a la que reportan Sree-nath et al (2001) quienes obtuvieron 0354 g de aacuteci-do laacutecticog de fibra de alfalfa sin pretratamiento me-diante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea y em-pleando L delbrueckii El menor rendimiento repor-tado en el presente estudio pudo ser causado prin-cipalmente por la complejidad de la estructura de la cascarilla de arroz debido al contenido de siacutelice que ademaacutes de la lignina constituyen una barrera al apro-vechamiento de la fraccioacuten de celulosa

ConclusionesSe logroacute producir aacutecido laacutectico mediante la hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten de cascarilla de arroz sin pretratamiento y con tratamiento alcalino (NaOH 2 y 3) utilizando Lactobacillus delbrueckii Se evaluoacute el efecto de la aplicacioacuten de un pretratamiento quiacutemi-co (NaOH al 2 y 3) sobre el rendimiento de aacutecido a partir de la cascarilla encontraacutendose valores de con-centracioacuten de aacutecido laacutectico significativamente mayo-res que los obtenidos con material sin pretratar a ba-jas concentraciones de sustrato en el HFS (20 gL) En este trabajo se identificoacute que el pretratamiento afec-ta principalmente las fracciones de siacutelice y lignina lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico

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El mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico en este trabajo se presentoacute utilizando cascarilla sin pre-tratamiento (80 gL) siendo este de 181 plusmn 011 gL a las 12 horas de proceso Utilizando cascarilla pretrata-da con NaOH al 2 el mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenido fue de 144 gL y tratada con NaOH al 3 se alcanzoacute un valor de 164 gL En cuan-to al rendimiento Yps el maacuteximo valor se obtuvo en material pretratado con NaOH al 3 (0075 g de aacutecido laacutectico g de cascarilla) utilizando una concentracioacuten de sustrato de 20 gL a las 12 horas de proceso

Un factor que tuvo un papel predominante en la pro-duccioacuten del aacutecido laacutectico fue la agitacioacuten a la que se mantuvieron las unidades de fermentacioacuten puesto que la aireacioacuten y limitacioacuten de sustrato ocasionoacute es-treacutes oxidativo convirtiendo el aacutecido laacutectico produci-do a aacutecido aceacutetico factor que debe considerarse en la evaluacioacuten de este tipo de procesos Estos resultados constituyen informacioacuten valiosa en la buacutesqueda de alternativas de valorizacioacuten de la cascarilla de arroz

AgradecimientosEste trabajo hizo parte del proyecto ldquoAplicacioacuten de tec-nologiacuteas para el aprovechamiento integral de las fraccio-nes celuloacutesica y hemiceluloacutesica de la cascarilla de arrozrdquo financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y por la Universidad de Bogotaacute Jorge Tadeo Lozano

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Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J Templeton D amp Crocker D (2008a) Determina-tion of structural carbohydrates and lignin in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J amp Templeton D (2008b) Determination of ash in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

34 Evaluacioacuten de la produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz por Lactobacillus delbrueckii

Revista Digital de la Facultad de Ciencias Naturales e Ingenieriacutea de la UJTL

12 h de proceso utilizando cascarilla sin pretratar (80 gL) y el maacuteximo rendimiento Yps fue de 0075 g de aacutecido laacutecticog de cascarilla utilizando 20 gL como sustrato pretratado con NaOH al 3 Aunque este pretratamiento favorece la produccioacuten de aacutecido laacutec-tico a bajas concentraciones de sustrato en el proce-so HFS es necesario explorar otras posibilidades para mejorar los rendimientos obtenidos

Palabras clave cascarilla de arroz hidroacutelisis y fermen-tacioacuten simultaacutenea (HFS) pretratamiento alcalino aacuteci-do laacutectico biomasa lignoceluloacutesica

IntroduccioacutenLa industrializacioacuten del arroz es una actividad econoacute-mica con un impacto relevante en la sociedad y eco-nomiacutea colombianas Seguacuten estadiacutesticas de Fedearroz (Fedearroz 2014) en los uacuteltimos antildeos el aacuterea destina-da a la produccioacuten de arroz en Colombia es de apro-ximadamente 450000 Ha en la cual se generan alre-dedor de 2 millones de toneladas de arroz y cerca de 400000 toneladas de cascarilla por antildeo Los residuos lignoceluloacutesicos generados en el procesamiento del arroz como la cascarilla y el tamo (desecho abando-nado en el sitio de recoleccioacuten) son materiales consi-derados de poco valor y en algunos casos son un re-siduo La cascarilla de arroz compuesta por celulosa (35-40) lignina (20-25) y hemicelulosa (15-20) (Saha et al 2005) no puede ser empleada en la ali-mentacioacuten de animales debido a su baja digestibili-dad la cual es causada por sus caracteriacutesticas abrasi-vas y su alto contenido de cenizas y de siacutelice (Saha y Cotta 2008) La quema de este desecho suele ser la uacutenica estrategia que se sigue para su eliminacioacuten con lo cual se genera un impacto ambiental negativo El poco valor dado especialmente a la cascarilla se debe especialmente a las pocas tecnologiacuteas implementa-das en el paiacutes para su procesamiento y posterior valo-rizacioacuten ya que solo se utiliza como combustible soacuteli-do material para abonos y como cama para animales

La celulosa presente en los materiales lignoceluloacute-sicos es una fuente importante de azuacutecares fermen-tables Sin embargo presenta zonas cristalinas como consecuencia del alto grado de ordenamiento que siguen las glucopiranosas cuando se enlazan lo cual muchas veces dificulta la conversioacuten a glucosa (Ba-dui 2006) Para lograr una hidroacutelisis enzimaacutetica efi-ciente es necesario un pretratamiento con el fin de

abrir la estructura compleja de estos materiales y lo-grar el acceso de las enzimas celulasas al sustrato La lignina restringe el acceso enzimaacutetico y microbioloacutegi-co a la celulosa y la cristalinidad restringe la velocidad de ataque sobre la celulosa (Grohmann et al 1985) Considerando que la lignina es soluble en compuestos alcalinos los tratamientos con NaOH o KOH atacan la lignina y por lo tanto mejoran la digestibilidad enzi-maacutetica de los polisacaacuteridos

En este contexto surge la necesidad de evaluar proce-sos que permitan el aprovechamiento de las fraccio-nes de la cascarilla de arroz de manera que se permita la produccioacuten de compuestos de mayor valor agrega-do Una de las alternativas es la produccioacuten de aacuteci-do laacutectico por rutas biotecnoloacutegicas ya que es posible la obtencioacuten de aacutecido L(+) puro materia prima para la siacutentesis de aacutecido polilaacutectico un poliacutemero biodegra-dable con alto potencial en el mercado como posible sustituto de plaacutesticos derivados del petroacuteleo (Illmen et al 2007) ademaacutes el aacutecido laacutectico es un compues-to requerido en la industria alimenticia farmaceacuteutica y de textiles (Huang et al 2005)

En este trabajo se evaluoacute el uso de la celulosa con-tenida en la cascarilla de arroz para la produccioacuten de aacutecido laacutectico mediante hidroacutelisis enzimaacutetica y fermen-tacioacuten simultaacuteneas usando Lactobacillus delbrueckii Para esto se realizoacute pretratamiento quiacutemico sobre la cascarilla de arroz con el fin de cambiar la estructura del material y favorecer los procesos de hidroacutelisis en-zimaacutetica y fermentacioacuten

Materiales y meacutetodosCascarilla de arroz

La cascarilla de arroz utilizada en este proyecto fue su-ministrada por la planta de Arroz Diana ubicada en El Espinal (Tolima) Esta se mantuvo a temperatura de 18 degC y humedad relativa del 67

Microorganismo e inoacuteculo Se utilizoacute Lactobacillus delbrueckii conservado en glice-rol a -20 degC el cual se activoacute en caldo MRS (De Man Ro-gosa amp Sharpe) cuya composicioacuten (en gL) es la siguien-te peptona 10 extracto de carne 8 extracto de leva-dura 4 acetato de sodio 5 citrato de amonio 2 K2HPO4 2 MgSO4 x 7H2O 02 MnSO4 x H2O 0055 polisorbato

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Vol 4 Ndeg 1 pp 33-39 enero-junio 2014

108 y glucosa 20 durante 12 horas a 40 degC bajo agita-cioacuten orbital a 100 rpm Posteriormente se colocaron 5 mL del cultivo en 50 mL de caldo MRS y se dejoacute en in-cubacioacuten por 24 horas a 40 degC a 100 rpm Este cultivo se utilizoacute como inoacuteculo para el presente estudio

Pretratamiento quiacutemicoSe realizoacute pretratamiento quiacutemico con NaOH al 2 y 3 (mv) con relacioacuten 50 gramos de cascarilla por cada 550 mL de la solucioacuten El tratamiento se realizoacute a 121 degC durante 1 h Luego del tratamiento el material se lavoacute con abundante agua y se secoacute a 60 degC durante 6 horas Se analizoacute la humedad usando un equipo Me-ttler Toledo HB43-S para proceder con su caracteriza-cioacuten (contenido de lignina celulosa y hemicelulosa) e hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten simultaacuteneas

Hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten si-multaacuteneas (HFS)Las unidades experimentales estuvieron constituidas por Erlenmeyer de 250 mL en los que se dispusieron 100 mL de medio de cultivo MRS sin glucosa y suple-mentado con 20 gL 40 gL y 80 gL de cascarilla con y sin pretratamiento El medio de cultivo se preparoacute utilizando buffer de citratos 0acute1 M pH 45 como base Posteriormente se realizoacute el proceso de esterilizacioacuten (15 min a 121 degC) se dejoacute enfriar y se adicionaron 250 microL de combinacioacuten de enzimas celulasas (Celluclast reg y N510010 de Novozymes) y 3 mL de suspensioacuten de ceacute-lulas de Lactobacillus delbrueckii (109 ceacutelulasmL) pro-venientes de un cultivo de 24 horas

Las unidades se mantuvieron en incubacioacuten y agitacioacuten orbital 125 rpm a 40 degC+- 1degC durante 48 h Se tomaron muestras de todas las unidades cada 12 h las cuales se centrifugaron a 14600 rpm (Thermo Electron Corpora-tion Espresso centrifuge 11210800) durante tres minu-tos El sobrenadante fue filtrado con una membrana de 020 microm para su anaacutelisis de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y glucosa por cromatografiacutea liacutequida

Cuantificacioacuten de lignina polisacaacuteridos y cenizasSe cuantificoacute el contenido de lignina y polisacaacuteridos (celulosa y hemicelulosa) en la cascarilla original y pretratada usando la metodologiacutea descrita en los pro-

tocolos de National Renewable Energy Laboratory NREL (Sluiter et al 2008a) Se realizoacute una hidroacutelisis con H2SO4 72 (vv) a 30 degC por 60 min seguida de una con H2SO4 4 (vv) a 121 degC por 1 h Los soacutelidos inso-lubles corresponden a la lignina y la composicioacuten de azuacutecares monomeacutericos (determinada por HPLC) en el hidroacutelizado se usoacute para calcular el contenido de celu-losa y hemicelulosa Las cenizas (minerales) se cuanti-ficaron por gravimetriacutea de acuerdo a los protocolos de la NREL (Sluiter et al 2008b)

Cuantificacioacuten de aacutecido laacutectico y glucosaEl contenido de glucosa y aacutecido laacutectico fue analizado por cromatografiacutea liacutequida (HPLC) utilizando un de-tector de iacutendice de refraccioacuten Se utilizoacute la columna Aminex HPX-87H (Bio-RAD) a 60 degC con H2SO45 mM como fase moacutevil (06 ml min) El caacutelculo de las con-centraciones finales obtenidas de aacutecido laacutectico y glu-cosa se realizoacute mediante el uso de una curva de ca-libracioacuten elaborada usando glucosa anhidra y lactato de sodio (SIGMA)

Disentildeo experimental y anaacutelisis estadiacutesticoSe realizoacute un disentildeo experimental factorial de 32 de medidas repetidas (durante 48 horas) con un total de 9 experimentos realizados por triplicado Los facto-res fueron tratamiento en tres niveles (sin pretrata-miento pretratamiento con NaOH al 2 (mv) pre-tratamiento con NaOH al 3 (mv) y concentracioacuten de cascarilla en tres niveles (20 gL 40 gL 80 gL) Las variables de respuesta fueron concentracioacuten de aacuteci-do laacutectico (AL) en gL y rendimiento producto-sustra-to YALCa (gramos aacutecido laacutecticogramos de cascarilla de arroz) Estas variables de respuesta se calcularon cada 12 horas durante 48 horas

Las muestras se tomaron por triplicado y los resulta-dos reportados son la media aritmeacutetica de los valores que se obtuvieron en los experimentos Con los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis de varianza (Anova) con un nivel de confianza del 95 Asiacute mismo se apli-coacute una prueba de comparacioacuten de medias de Tukey para determinar las diferencias entre los pretrata-mientos empleando para ello el paquete estadiacutestico Statgraphics versioacuten 51

Resultados y discusioacuten

36 Evaluacioacuten de la produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz por Lactobacillus delbrueckii

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Produccioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea (HFS) a partir de cascari-lla no tratada y tratada con NaOH

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea en cascarilla de arroz sin pretratamiento

En la figura 1 se muestra el perfil de produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla sin pretratamiento con concentraciones de cascarilla de 20 40 y 80 gL

Figura 1 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y glu-cosa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz sin pretratar y a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En esta figura se observa un aumento raacutepido de la concentracioacuten de glucosa y consumo de la misma para la produccioacuten de aacutecido laacutectico Despueacutes de las 24 horas del proceso se encontroacute disminucioacuten de la concentracioacuten de glucosa a valores aproximadamente constantes durante el tiempo restante (03 gL) Simi-lar resultado reportoacute Quatravaux et al (2006) en sus investigaciones realizadas con L plantarum el cual consumioacute el 56-89 de la glucosa inicial durante las primeras 8 h y la habiacutea consumido casi por completo a las 12 h

La maacutexima concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenida fue de 181 plusmn 011 gL la cual se logroacute con una con-centracioacuten de sustrato de 80 gL en el proceso de HFS El principal beneficio que se deriva de llevar a cabo el proceso de hidroacutelisis enzimaacutetica y fermen-tacioacuten simultaacutenea es la disminucioacuten en la inhibicioacuten que causa la acumulacioacuten de glucosa de manera que este azuacutecar es transformado tan pronto se gene-ra incrementaacutendose a su vez la productividad Por otro lado y considerando el comportamiento tanto

de la produccioacuten de aacutecido laacutectico como del consumo de sustrato se observoacute una limitacioacuten del sustrato pues la hidroacutelisis de la cascarilla ocurrioacute principal-mente durante las 12 primeras horas del proceso lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico en ese periacuteodo

La disminucioacuten en la concentracioacuten del aacutecido laacutectico luego de las 12 horas puede atribuirse a la baja dis-posicioacuten de glucosa que pudiera ser fermentada por Lactobacillus delbrueckii Debido a lo anterior las ceacute-lulas de la bacteria consumieron la glucosa disponible en etapas tempranas de la fermentacioacuten y pronto se encontraron ante la ausencia de este sustrato Algu-nos autores (Monteagudo et al 1997) han reportado que en las fermentaciones con L rhamnosus una vez se habiacutea consumido la totalidad de la glucosa se ini-cioacute una produccioacuten de aacutecido aceacutetico a partir del aacutecido laacutectico producido Otros autores (Quatravaux et al 2006) reportaron que algo muy similar ocurre con L plantarum una vez se han consumido todos los azuacuteca-res susceptibles de ser transformados En ese trabajo se describe que el ambiente bajo el cual se propicia la generacioacuten de aacutecido aceacutetico a partir de aacutecido laacutecti-co es aerobio y que mediante oxidacioacuten se obtienen tambieacuten H2O2 CO2 y ATP resultados del estreacutes oxida-tivo En este trabajo las condiciones de agitacioacuten se usaron para favorecer la hidroacutelisis enzimaacutetica pero pu-dieron favorecer tambieacuten la conversioacuten de aacutecido laacutec-tico en aacutecido aceacutetico La conversioacuten del aacutecido laacutectico estaacute conformada por una serie de pasos el primero de ellos estaacute constituido por la transformacioacuten de este aacutecido a piruvato gracias a la inmediacioacuten de la lactato deshidrogenasa el piruvato es catabolizado a acetil-fosfato el cual finalmente da origen al acetato (Murphy et al 1985)

Cabe resaltar que los cultivos con los que estos inves-tigadores trabajaron tuvieron durante toda la fermen-tacioacuten dos flujos de aire distintos y la cantidad de oxiacute-geno disuelto se varioacute manipulando la agitacioacuten Estos autores tambieacuten afirman que luego de 12 h todas los cultivos de L plantarum sometidos a aireacioacuten inicia-ron el consumo del aacutecido laacutectico que habiacutean produ-cido para transformarlo a aacutecido aceacutetico Algo similar ocurrioacute en el presente trabajo

Para el caso particular de Lactobacillus delbrueckii otros autores (Teysset-Marty et al 2000) observaron que la inhibicioacuten en el crecimiento celular es causa-da por la exposicioacuten a una aireacioacuten permanente ya

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que esta condicioacuten permitiacutea la generacioacuten y acumu-lacioacuten de H2O2 en el medio Esta inhibicioacuten inducida por la presencia de oxiacutegeno es el resultado de lo que se conoce como estreacutes oxidativo y se encuentra ade-maacutes asociada a que las ceacutelulas bacterianas detengan la produccioacuten de aacutecido laacutectico Sin importar que L del-brueckii sea un microorganismo capaz de tolerar cier-tas concentraciones de oxiacutegeno disuelto la presencia de este genera cambios en su metabolismo ocasio-nando el consumo del aacutecido laacutectico

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten en cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y NaOH al 3En la Figura 2 (A y B) se muestra el perfil de produc-cioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz pre-tratada con NaOH al 2 y 3 respectivamente

Cuando se aplica la evaluacioacuten estadiacutestica Anova del efecto del pretratamiento se encuentra que este fac-tor es estadiacutesticamente significativo sobre las varia-bles de respuesta La prueba de comparacioacuten de me-dias (prueba de Tukey) muestra que en cuanto a ob-tencioacuten de aacutecido laacutectico (gL) existe diferencia esta-diacutesticamente significativa con un nivel de confianza del 95 entre la cascarilla de arroz sin pretratamien-to y aquella sometida a pretratamiento (con NaOH al 2 y 3)

Cuando se aplica la prueba de comparacioacuten de me-dias entre las concentraciones de aacutecido laacutectico obteni-das bajo las dos condiciones de pretratamiento se en-cuentra que no existe diferencia estadiacutesticamente sig-nificativa entre ellas De acuerdo a lo anterior puede afirmarse que entre pretratamientos no se presentoacute una variacioacuten importante en cuanto a la produccioacuten de aacutecido laacutectico

La mayor concentracioacuten de aacutecido laacutectico se obtiene con la mayor concentracioacuten de sustrato en el proce-so (80 gL) Se obtuvieron valores de 144 plusmn 015 gL utilizando cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y de 164 plusmn 008 gL con cascarilla pretratada con NaOH al 3 Estos resultados se obtuvieron a las 12 h Estos valores son similares a los obtenidos en ma-terial sin pretratamiento (181 plusmn 011 gL) Es posible que la alta concentracioacuten del sustrato afecte el acce-

so de las enzimas al sustrato especialmente cuando el material es pretratado ya que el comportamien-to es diferente a 20 gL de sustrato con cascarilla pretratada con NaOH al 3 el valor obtenido es 143 gL con NaOH al 2 132 gL mientras que con ma-terial sin pretratar la concentracioacuten de aacutecido laacutectico apenas alcanzoacute 097 gL El efecto positivo del pre-tratamiento alcalino es notable cuando el proceso de HFS se realiza con baja concentracioacuten de sustrato lo que favorece la hidroacutelisis enzimaacutetica y la produc-cioacuten de AL

A

B

Figura 2 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y gluco-sa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz pretrada con NaOH al 2 (A) y NaOH al 3 (B) a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En la Tabla 1 se encuentran los datos obtenidos de la caracterizacioacuten de los materiales sin pretratar y tra-tados En cuanto al contenido de los polisacaacuteridos se evidencioacute que el tratamiento con NaOH afecta las fracciones de lignina y siacutelice ya que se encontroacute una mayor concentracioacuten de los polisacaacuteridos Aunque existen reportes de concentraciones de NaOH cerca-nas a 1M para extraer el siacutelice (Kalapathy et al 2000) bajo las condiciones evaluadas se logra obtener sili-

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cato de sodio lo que se evidencioacute en la formacioacuten de geles durante la experimentacioacuten y al menor conteni-do de minerales en los materiales pretratados

En el caso de la concentracioacuten de aacutecido laacutectico des-

pueacutes de las 12 horas de HFS esta tiende a disminuir de manera sostenida hasta el final del proceso pre-sentando un comportamiento similar al obtenido con cascarilla sin pretratamiento

Tabla 1 Composicioacuten de la cascarilla de arroz ()

Sin pretratamiento Pretratada NaOH 2 Pretratada NaOH 3Lignina 2445 plusmn 146 2269 plusmn 120 2149 plusmn 018Celulosa y hemicelulosa 4034 plusmn 126 7564 plusmn 116 7674 plusmn 106Cenizas 1589plusmn004 170plusmn003 176plusmn005

Relacionado con los rendimientos en la Figura 4 se encuentran los rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las

12 horas de proceso En esta figura se comparan los resultados para materiales sin pretratar y pretratados

000

001

002

003

004

005

006

007

008

009

010

Sin tratamiento NaOH 2 NaOH 3

Yxs

(g

AL

g C

a)

20 gL

40 gL

80 gL

Figura 4 Rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las 12 horas proceso

Se encontroacute que con una concentracioacuten de 20 gL de sustrato los rendimientos mejoran con el pretra-tamiento alcalino siendo el maacuteximo valor obtenido (0075 g ALg Ca) con material pretratado con NaOH al 3 Esta relacioacuten es inferior a la que reportan Sree-nath et al (2001) quienes obtuvieron 0354 g de aacuteci-do laacutecticog de fibra de alfalfa sin pretratamiento me-diante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea y em-pleando L delbrueckii El menor rendimiento repor-tado en el presente estudio pudo ser causado prin-cipalmente por la complejidad de la estructura de la cascarilla de arroz debido al contenido de siacutelice que ademaacutes de la lignina constituyen una barrera al apro-vechamiento de la fraccioacuten de celulosa

ConclusionesSe logroacute producir aacutecido laacutectico mediante la hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten de cascarilla de arroz sin pretratamiento y con tratamiento alcalino (NaOH 2 y 3) utilizando Lactobacillus delbrueckii Se evaluoacute el efecto de la aplicacioacuten de un pretratamiento quiacutemi-co (NaOH al 2 y 3) sobre el rendimiento de aacutecido a partir de la cascarilla encontraacutendose valores de con-centracioacuten de aacutecido laacutectico significativamente mayo-res que los obtenidos con material sin pretratar a ba-jas concentraciones de sustrato en el HFS (20 gL) En este trabajo se identificoacute que el pretratamiento afec-ta principalmente las fracciones de siacutelice y lignina lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico

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El mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico en este trabajo se presentoacute utilizando cascarilla sin pre-tratamiento (80 gL) siendo este de 181 plusmn 011 gL a las 12 horas de proceso Utilizando cascarilla pretrata-da con NaOH al 2 el mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenido fue de 144 gL y tratada con NaOH al 3 se alcanzoacute un valor de 164 gL En cuan-to al rendimiento Yps el maacuteximo valor se obtuvo en material pretratado con NaOH al 3 (0075 g de aacutecido laacutectico g de cascarilla) utilizando una concentracioacuten de sustrato de 20 gL a las 12 horas de proceso

Un factor que tuvo un papel predominante en la pro-duccioacuten del aacutecido laacutectico fue la agitacioacuten a la que se mantuvieron las unidades de fermentacioacuten puesto que la aireacioacuten y limitacioacuten de sustrato ocasionoacute es-treacutes oxidativo convirtiendo el aacutecido laacutectico produci-do a aacutecido aceacutetico factor que debe considerarse en la evaluacioacuten de este tipo de procesos Estos resultados constituyen informacioacuten valiosa en la buacutesqueda de alternativas de valorizacioacuten de la cascarilla de arroz

AgradecimientosEste trabajo hizo parte del proyecto ldquoAplicacioacuten de tec-nologiacuteas para el aprovechamiento integral de las fraccio-nes celuloacutesica y hemiceluloacutesica de la cascarilla de arrozrdquo financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y por la Universidad de Bogotaacute Jorge Tadeo Lozano

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Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J amp Templeton D (2008b) Determination of ash in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

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108 y glucosa 20 durante 12 horas a 40 degC bajo agita-cioacuten orbital a 100 rpm Posteriormente se colocaron 5 mL del cultivo en 50 mL de caldo MRS y se dejoacute en in-cubacioacuten por 24 horas a 40 degC a 100 rpm Este cultivo se utilizoacute como inoacuteculo para el presente estudio

Pretratamiento quiacutemicoSe realizoacute pretratamiento quiacutemico con NaOH al 2 y 3 (mv) con relacioacuten 50 gramos de cascarilla por cada 550 mL de la solucioacuten El tratamiento se realizoacute a 121 degC durante 1 h Luego del tratamiento el material se lavoacute con abundante agua y se secoacute a 60 degC durante 6 horas Se analizoacute la humedad usando un equipo Me-ttler Toledo HB43-S para proceder con su caracteriza-cioacuten (contenido de lignina celulosa y hemicelulosa) e hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten simultaacuteneas

Hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten si-multaacuteneas (HFS)Las unidades experimentales estuvieron constituidas por Erlenmeyer de 250 mL en los que se dispusieron 100 mL de medio de cultivo MRS sin glucosa y suple-mentado con 20 gL 40 gL y 80 gL de cascarilla con y sin pretratamiento El medio de cultivo se preparoacute utilizando buffer de citratos 0acute1 M pH 45 como base Posteriormente se realizoacute el proceso de esterilizacioacuten (15 min a 121 degC) se dejoacute enfriar y se adicionaron 250 microL de combinacioacuten de enzimas celulasas (Celluclast reg y N510010 de Novozymes) y 3 mL de suspensioacuten de ceacute-lulas de Lactobacillus delbrueckii (109 ceacutelulasmL) pro-venientes de un cultivo de 24 horas

Las unidades se mantuvieron en incubacioacuten y agitacioacuten orbital 125 rpm a 40 degC+- 1degC durante 48 h Se tomaron muestras de todas las unidades cada 12 h las cuales se centrifugaron a 14600 rpm (Thermo Electron Corpora-tion Espresso centrifuge 11210800) durante tres minu-tos El sobrenadante fue filtrado con una membrana de 020 microm para su anaacutelisis de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y glucosa por cromatografiacutea liacutequida

Cuantificacioacuten de lignina polisacaacuteridos y cenizasSe cuantificoacute el contenido de lignina y polisacaacuteridos (celulosa y hemicelulosa) en la cascarilla original y pretratada usando la metodologiacutea descrita en los pro-

tocolos de National Renewable Energy Laboratory NREL (Sluiter et al 2008a) Se realizoacute una hidroacutelisis con H2SO4 72 (vv) a 30 degC por 60 min seguida de una con H2SO4 4 (vv) a 121 degC por 1 h Los soacutelidos inso-lubles corresponden a la lignina y la composicioacuten de azuacutecares monomeacutericos (determinada por HPLC) en el hidroacutelizado se usoacute para calcular el contenido de celu-losa y hemicelulosa Las cenizas (minerales) se cuanti-ficaron por gravimetriacutea de acuerdo a los protocolos de la NREL (Sluiter et al 2008b)

Cuantificacioacuten de aacutecido laacutectico y glucosaEl contenido de glucosa y aacutecido laacutectico fue analizado por cromatografiacutea liacutequida (HPLC) utilizando un de-tector de iacutendice de refraccioacuten Se utilizoacute la columna Aminex HPX-87H (Bio-RAD) a 60 degC con H2SO45 mM como fase moacutevil (06 ml min) El caacutelculo de las con-centraciones finales obtenidas de aacutecido laacutectico y glu-cosa se realizoacute mediante el uso de una curva de ca-libracioacuten elaborada usando glucosa anhidra y lactato de sodio (SIGMA)

Disentildeo experimental y anaacutelisis estadiacutesticoSe realizoacute un disentildeo experimental factorial de 32 de medidas repetidas (durante 48 horas) con un total de 9 experimentos realizados por triplicado Los facto-res fueron tratamiento en tres niveles (sin pretrata-miento pretratamiento con NaOH al 2 (mv) pre-tratamiento con NaOH al 3 (mv) y concentracioacuten de cascarilla en tres niveles (20 gL 40 gL 80 gL) Las variables de respuesta fueron concentracioacuten de aacuteci-do laacutectico (AL) en gL y rendimiento producto-sustra-to YALCa (gramos aacutecido laacutecticogramos de cascarilla de arroz) Estas variables de respuesta se calcularon cada 12 horas durante 48 horas

Las muestras se tomaron por triplicado y los resulta-dos reportados son la media aritmeacutetica de los valores que se obtuvieron en los experimentos Con los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis de varianza (Anova) con un nivel de confianza del 95 Asiacute mismo se apli-coacute una prueba de comparacioacuten de medias de Tukey para determinar las diferencias entre los pretrata-mientos empleando para ello el paquete estadiacutestico Statgraphics versioacuten 51

Resultados y discusioacuten

36 Evaluacioacuten de la produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz por Lactobacillus delbrueckii

Revista Digital de la Facultad de Ciencias Naturales e Ingenieriacutea de la UJTL

Produccioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea (HFS) a partir de cascari-lla no tratada y tratada con NaOH

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea en cascarilla de arroz sin pretratamiento

En la figura 1 se muestra el perfil de produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla sin pretratamiento con concentraciones de cascarilla de 20 40 y 80 gL

Figura 1 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y glu-cosa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz sin pretratar y a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En esta figura se observa un aumento raacutepido de la concentracioacuten de glucosa y consumo de la misma para la produccioacuten de aacutecido laacutectico Despueacutes de las 24 horas del proceso se encontroacute disminucioacuten de la concentracioacuten de glucosa a valores aproximadamente constantes durante el tiempo restante (03 gL) Simi-lar resultado reportoacute Quatravaux et al (2006) en sus investigaciones realizadas con L plantarum el cual consumioacute el 56-89 de la glucosa inicial durante las primeras 8 h y la habiacutea consumido casi por completo a las 12 h

La maacutexima concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenida fue de 181 plusmn 011 gL la cual se logroacute con una con-centracioacuten de sustrato de 80 gL en el proceso de HFS El principal beneficio que se deriva de llevar a cabo el proceso de hidroacutelisis enzimaacutetica y fermen-tacioacuten simultaacutenea es la disminucioacuten en la inhibicioacuten que causa la acumulacioacuten de glucosa de manera que este azuacutecar es transformado tan pronto se gene-ra incrementaacutendose a su vez la productividad Por otro lado y considerando el comportamiento tanto

de la produccioacuten de aacutecido laacutectico como del consumo de sustrato se observoacute una limitacioacuten del sustrato pues la hidroacutelisis de la cascarilla ocurrioacute principal-mente durante las 12 primeras horas del proceso lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico en ese periacuteodo

La disminucioacuten en la concentracioacuten del aacutecido laacutectico luego de las 12 horas puede atribuirse a la baja dis-posicioacuten de glucosa que pudiera ser fermentada por Lactobacillus delbrueckii Debido a lo anterior las ceacute-lulas de la bacteria consumieron la glucosa disponible en etapas tempranas de la fermentacioacuten y pronto se encontraron ante la ausencia de este sustrato Algu-nos autores (Monteagudo et al 1997) han reportado que en las fermentaciones con L rhamnosus una vez se habiacutea consumido la totalidad de la glucosa se ini-cioacute una produccioacuten de aacutecido aceacutetico a partir del aacutecido laacutectico producido Otros autores (Quatravaux et al 2006) reportaron que algo muy similar ocurre con L plantarum una vez se han consumido todos los azuacuteca-res susceptibles de ser transformados En ese trabajo se describe que el ambiente bajo el cual se propicia la generacioacuten de aacutecido aceacutetico a partir de aacutecido laacutecti-co es aerobio y que mediante oxidacioacuten se obtienen tambieacuten H2O2 CO2 y ATP resultados del estreacutes oxida-tivo En este trabajo las condiciones de agitacioacuten se usaron para favorecer la hidroacutelisis enzimaacutetica pero pu-dieron favorecer tambieacuten la conversioacuten de aacutecido laacutec-tico en aacutecido aceacutetico La conversioacuten del aacutecido laacutectico estaacute conformada por una serie de pasos el primero de ellos estaacute constituido por la transformacioacuten de este aacutecido a piruvato gracias a la inmediacioacuten de la lactato deshidrogenasa el piruvato es catabolizado a acetil-fosfato el cual finalmente da origen al acetato (Murphy et al 1985)

Cabe resaltar que los cultivos con los que estos inves-tigadores trabajaron tuvieron durante toda la fermen-tacioacuten dos flujos de aire distintos y la cantidad de oxiacute-geno disuelto se varioacute manipulando la agitacioacuten Estos autores tambieacuten afirman que luego de 12 h todas los cultivos de L plantarum sometidos a aireacioacuten inicia-ron el consumo del aacutecido laacutectico que habiacutean produ-cido para transformarlo a aacutecido aceacutetico Algo similar ocurrioacute en el presente trabajo

Para el caso particular de Lactobacillus delbrueckii otros autores (Teysset-Marty et al 2000) observaron que la inhibicioacuten en el crecimiento celular es causa-da por la exposicioacuten a una aireacioacuten permanente ya

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que esta condicioacuten permitiacutea la generacioacuten y acumu-lacioacuten de H2O2 en el medio Esta inhibicioacuten inducida por la presencia de oxiacutegeno es el resultado de lo que se conoce como estreacutes oxidativo y se encuentra ade-maacutes asociada a que las ceacutelulas bacterianas detengan la produccioacuten de aacutecido laacutectico Sin importar que L del-brueckii sea un microorganismo capaz de tolerar cier-tas concentraciones de oxiacutegeno disuelto la presencia de este genera cambios en su metabolismo ocasio-nando el consumo del aacutecido laacutectico

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten en cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y NaOH al 3En la Figura 2 (A y B) se muestra el perfil de produc-cioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz pre-tratada con NaOH al 2 y 3 respectivamente

Cuando se aplica la evaluacioacuten estadiacutestica Anova del efecto del pretratamiento se encuentra que este fac-tor es estadiacutesticamente significativo sobre las varia-bles de respuesta La prueba de comparacioacuten de me-dias (prueba de Tukey) muestra que en cuanto a ob-tencioacuten de aacutecido laacutectico (gL) existe diferencia esta-diacutesticamente significativa con un nivel de confianza del 95 entre la cascarilla de arroz sin pretratamien-to y aquella sometida a pretratamiento (con NaOH al 2 y 3)

Cuando se aplica la prueba de comparacioacuten de me-dias entre las concentraciones de aacutecido laacutectico obteni-das bajo las dos condiciones de pretratamiento se en-cuentra que no existe diferencia estadiacutesticamente sig-nificativa entre ellas De acuerdo a lo anterior puede afirmarse que entre pretratamientos no se presentoacute una variacioacuten importante en cuanto a la produccioacuten de aacutecido laacutectico

La mayor concentracioacuten de aacutecido laacutectico se obtiene con la mayor concentracioacuten de sustrato en el proce-so (80 gL) Se obtuvieron valores de 144 plusmn 015 gL utilizando cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y de 164 plusmn 008 gL con cascarilla pretratada con NaOH al 3 Estos resultados se obtuvieron a las 12 h Estos valores son similares a los obtenidos en ma-terial sin pretratamiento (181 plusmn 011 gL) Es posible que la alta concentracioacuten del sustrato afecte el acce-

so de las enzimas al sustrato especialmente cuando el material es pretratado ya que el comportamien-to es diferente a 20 gL de sustrato con cascarilla pretratada con NaOH al 3 el valor obtenido es 143 gL con NaOH al 2 132 gL mientras que con ma-terial sin pretratar la concentracioacuten de aacutecido laacutectico apenas alcanzoacute 097 gL El efecto positivo del pre-tratamiento alcalino es notable cuando el proceso de HFS se realiza con baja concentracioacuten de sustrato lo que favorece la hidroacutelisis enzimaacutetica y la produc-cioacuten de AL

A

B

Figura 2 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y gluco-sa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz pretrada con NaOH al 2 (A) y NaOH al 3 (B) a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En la Tabla 1 se encuentran los datos obtenidos de la caracterizacioacuten de los materiales sin pretratar y tra-tados En cuanto al contenido de los polisacaacuteridos se evidencioacute que el tratamiento con NaOH afecta las fracciones de lignina y siacutelice ya que se encontroacute una mayor concentracioacuten de los polisacaacuteridos Aunque existen reportes de concentraciones de NaOH cerca-nas a 1M para extraer el siacutelice (Kalapathy et al 2000) bajo las condiciones evaluadas se logra obtener sili-

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cato de sodio lo que se evidencioacute en la formacioacuten de geles durante la experimentacioacuten y al menor conteni-do de minerales en los materiales pretratados

En el caso de la concentracioacuten de aacutecido laacutectico des-

pueacutes de las 12 horas de HFS esta tiende a disminuir de manera sostenida hasta el final del proceso pre-sentando un comportamiento similar al obtenido con cascarilla sin pretratamiento

Tabla 1 Composicioacuten de la cascarilla de arroz ()

Sin pretratamiento Pretratada NaOH 2 Pretratada NaOH 3Lignina 2445 plusmn 146 2269 plusmn 120 2149 plusmn 018Celulosa y hemicelulosa 4034 plusmn 126 7564 plusmn 116 7674 plusmn 106Cenizas 1589plusmn004 170plusmn003 176plusmn005

Relacionado con los rendimientos en la Figura 4 se encuentran los rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las

12 horas de proceso En esta figura se comparan los resultados para materiales sin pretratar y pretratados

000

001

002

003

004

005

006

007

008

009

010

Sin tratamiento NaOH 2 NaOH 3

Yxs

(g

AL

g C

a)

20 gL

40 gL

80 gL

Figura 4 Rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las 12 horas proceso

Se encontroacute que con una concentracioacuten de 20 gL de sustrato los rendimientos mejoran con el pretra-tamiento alcalino siendo el maacuteximo valor obtenido (0075 g ALg Ca) con material pretratado con NaOH al 3 Esta relacioacuten es inferior a la que reportan Sree-nath et al (2001) quienes obtuvieron 0354 g de aacuteci-do laacutecticog de fibra de alfalfa sin pretratamiento me-diante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea y em-pleando L delbrueckii El menor rendimiento repor-tado en el presente estudio pudo ser causado prin-cipalmente por la complejidad de la estructura de la cascarilla de arroz debido al contenido de siacutelice que ademaacutes de la lignina constituyen una barrera al apro-vechamiento de la fraccioacuten de celulosa

ConclusionesSe logroacute producir aacutecido laacutectico mediante la hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten de cascarilla de arroz sin pretratamiento y con tratamiento alcalino (NaOH 2 y 3) utilizando Lactobacillus delbrueckii Se evaluoacute el efecto de la aplicacioacuten de un pretratamiento quiacutemi-co (NaOH al 2 y 3) sobre el rendimiento de aacutecido a partir de la cascarilla encontraacutendose valores de con-centracioacuten de aacutecido laacutectico significativamente mayo-res que los obtenidos con material sin pretratar a ba-jas concentraciones de sustrato en el HFS (20 gL) En este trabajo se identificoacute que el pretratamiento afec-ta principalmente las fracciones de siacutelice y lignina lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico

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El mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico en este trabajo se presentoacute utilizando cascarilla sin pre-tratamiento (80 gL) siendo este de 181 plusmn 011 gL a las 12 horas de proceso Utilizando cascarilla pretrata-da con NaOH al 2 el mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenido fue de 144 gL y tratada con NaOH al 3 se alcanzoacute un valor de 164 gL En cuan-to al rendimiento Yps el maacuteximo valor se obtuvo en material pretratado con NaOH al 3 (0075 g de aacutecido laacutectico g de cascarilla) utilizando una concentracioacuten de sustrato de 20 gL a las 12 horas de proceso

Un factor que tuvo un papel predominante en la pro-duccioacuten del aacutecido laacutectico fue la agitacioacuten a la que se mantuvieron las unidades de fermentacioacuten puesto que la aireacioacuten y limitacioacuten de sustrato ocasionoacute es-treacutes oxidativo convirtiendo el aacutecido laacutectico produci-do a aacutecido aceacutetico factor que debe considerarse en la evaluacioacuten de este tipo de procesos Estos resultados constituyen informacioacuten valiosa en la buacutesqueda de alternativas de valorizacioacuten de la cascarilla de arroz

AgradecimientosEste trabajo hizo parte del proyecto ldquoAplicacioacuten de tec-nologiacuteas para el aprovechamiento integral de las fraccio-nes celuloacutesica y hemiceluloacutesica de la cascarilla de arrozrdquo financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y por la Universidad de Bogotaacute Jorge Tadeo Lozano

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36 Evaluacioacuten de la produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz por Lactobacillus delbrueckii

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Produccioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea (HFS) a partir de cascari-lla no tratada y tratada con NaOH

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea en cascarilla de arroz sin pretratamiento

En la figura 1 se muestra el perfil de produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla sin pretratamiento con concentraciones de cascarilla de 20 40 y 80 gL

Figura 1 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y glu-cosa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz sin pretratar y a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En esta figura se observa un aumento raacutepido de la concentracioacuten de glucosa y consumo de la misma para la produccioacuten de aacutecido laacutectico Despueacutes de las 24 horas del proceso se encontroacute disminucioacuten de la concentracioacuten de glucosa a valores aproximadamente constantes durante el tiempo restante (03 gL) Simi-lar resultado reportoacute Quatravaux et al (2006) en sus investigaciones realizadas con L plantarum el cual consumioacute el 56-89 de la glucosa inicial durante las primeras 8 h y la habiacutea consumido casi por completo a las 12 h

La maacutexima concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenida fue de 181 plusmn 011 gL la cual se logroacute con una con-centracioacuten de sustrato de 80 gL en el proceso de HFS El principal beneficio que se deriva de llevar a cabo el proceso de hidroacutelisis enzimaacutetica y fermen-tacioacuten simultaacutenea es la disminucioacuten en la inhibicioacuten que causa la acumulacioacuten de glucosa de manera que este azuacutecar es transformado tan pronto se gene-ra incrementaacutendose a su vez la productividad Por otro lado y considerando el comportamiento tanto

de la produccioacuten de aacutecido laacutectico como del consumo de sustrato se observoacute una limitacioacuten del sustrato pues la hidroacutelisis de la cascarilla ocurrioacute principal-mente durante las 12 primeras horas del proceso lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico en ese periacuteodo

La disminucioacuten en la concentracioacuten del aacutecido laacutectico luego de las 12 horas puede atribuirse a la baja dis-posicioacuten de glucosa que pudiera ser fermentada por Lactobacillus delbrueckii Debido a lo anterior las ceacute-lulas de la bacteria consumieron la glucosa disponible en etapas tempranas de la fermentacioacuten y pronto se encontraron ante la ausencia de este sustrato Algu-nos autores (Monteagudo et al 1997) han reportado que en las fermentaciones con L rhamnosus una vez se habiacutea consumido la totalidad de la glucosa se ini-cioacute una produccioacuten de aacutecido aceacutetico a partir del aacutecido laacutectico producido Otros autores (Quatravaux et al 2006) reportaron que algo muy similar ocurre con L plantarum una vez se han consumido todos los azuacuteca-res susceptibles de ser transformados En ese trabajo se describe que el ambiente bajo el cual se propicia la generacioacuten de aacutecido aceacutetico a partir de aacutecido laacutecti-co es aerobio y que mediante oxidacioacuten se obtienen tambieacuten H2O2 CO2 y ATP resultados del estreacutes oxida-tivo En este trabajo las condiciones de agitacioacuten se usaron para favorecer la hidroacutelisis enzimaacutetica pero pu-dieron favorecer tambieacuten la conversioacuten de aacutecido laacutec-tico en aacutecido aceacutetico La conversioacuten del aacutecido laacutectico estaacute conformada por una serie de pasos el primero de ellos estaacute constituido por la transformacioacuten de este aacutecido a piruvato gracias a la inmediacioacuten de la lactato deshidrogenasa el piruvato es catabolizado a acetil-fosfato el cual finalmente da origen al acetato (Murphy et al 1985)

Cabe resaltar que los cultivos con los que estos inves-tigadores trabajaron tuvieron durante toda la fermen-tacioacuten dos flujos de aire distintos y la cantidad de oxiacute-geno disuelto se varioacute manipulando la agitacioacuten Estos autores tambieacuten afirman que luego de 12 h todas los cultivos de L plantarum sometidos a aireacioacuten inicia-ron el consumo del aacutecido laacutectico que habiacutean produ-cido para transformarlo a aacutecido aceacutetico Algo similar ocurrioacute en el presente trabajo

Para el caso particular de Lactobacillus delbrueckii otros autores (Teysset-Marty et al 2000) observaron que la inhibicioacuten en el crecimiento celular es causa-da por la exposicioacuten a una aireacioacuten permanente ya

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que esta condicioacuten permitiacutea la generacioacuten y acumu-lacioacuten de H2O2 en el medio Esta inhibicioacuten inducida por la presencia de oxiacutegeno es el resultado de lo que se conoce como estreacutes oxidativo y se encuentra ade-maacutes asociada a que las ceacutelulas bacterianas detengan la produccioacuten de aacutecido laacutectico Sin importar que L del-brueckii sea un microorganismo capaz de tolerar cier-tas concentraciones de oxiacutegeno disuelto la presencia de este genera cambios en su metabolismo ocasio-nando el consumo del aacutecido laacutectico

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten en cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y NaOH al 3En la Figura 2 (A y B) se muestra el perfil de produc-cioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz pre-tratada con NaOH al 2 y 3 respectivamente

Cuando se aplica la evaluacioacuten estadiacutestica Anova del efecto del pretratamiento se encuentra que este fac-tor es estadiacutesticamente significativo sobre las varia-bles de respuesta La prueba de comparacioacuten de me-dias (prueba de Tukey) muestra que en cuanto a ob-tencioacuten de aacutecido laacutectico (gL) existe diferencia esta-diacutesticamente significativa con un nivel de confianza del 95 entre la cascarilla de arroz sin pretratamien-to y aquella sometida a pretratamiento (con NaOH al 2 y 3)

Cuando se aplica la prueba de comparacioacuten de me-dias entre las concentraciones de aacutecido laacutectico obteni-das bajo las dos condiciones de pretratamiento se en-cuentra que no existe diferencia estadiacutesticamente sig-nificativa entre ellas De acuerdo a lo anterior puede afirmarse que entre pretratamientos no se presentoacute una variacioacuten importante en cuanto a la produccioacuten de aacutecido laacutectico

La mayor concentracioacuten de aacutecido laacutectico se obtiene con la mayor concentracioacuten de sustrato en el proce-so (80 gL) Se obtuvieron valores de 144 plusmn 015 gL utilizando cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y de 164 plusmn 008 gL con cascarilla pretratada con NaOH al 3 Estos resultados se obtuvieron a las 12 h Estos valores son similares a los obtenidos en ma-terial sin pretratamiento (181 plusmn 011 gL) Es posible que la alta concentracioacuten del sustrato afecte el acce-

so de las enzimas al sustrato especialmente cuando el material es pretratado ya que el comportamien-to es diferente a 20 gL de sustrato con cascarilla pretratada con NaOH al 3 el valor obtenido es 143 gL con NaOH al 2 132 gL mientras que con ma-terial sin pretratar la concentracioacuten de aacutecido laacutectico apenas alcanzoacute 097 gL El efecto positivo del pre-tratamiento alcalino es notable cuando el proceso de HFS se realiza con baja concentracioacuten de sustrato lo que favorece la hidroacutelisis enzimaacutetica y la produc-cioacuten de AL

A

B

Figura 2 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y gluco-sa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz pretrada con NaOH al 2 (A) y NaOH al 3 (B) a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En la Tabla 1 se encuentran los datos obtenidos de la caracterizacioacuten de los materiales sin pretratar y tra-tados En cuanto al contenido de los polisacaacuteridos se evidencioacute que el tratamiento con NaOH afecta las fracciones de lignina y siacutelice ya que se encontroacute una mayor concentracioacuten de los polisacaacuteridos Aunque existen reportes de concentraciones de NaOH cerca-nas a 1M para extraer el siacutelice (Kalapathy et al 2000) bajo las condiciones evaluadas se logra obtener sili-

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cato de sodio lo que se evidencioacute en la formacioacuten de geles durante la experimentacioacuten y al menor conteni-do de minerales en los materiales pretratados

En el caso de la concentracioacuten de aacutecido laacutectico des-

pueacutes de las 12 horas de HFS esta tiende a disminuir de manera sostenida hasta el final del proceso pre-sentando un comportamiento similar al obtenido con cascarilla sin pretratamiento

Tabla 1 Composicioacuten de la cascarilla de arroz ()

Sin pretratamiento Pretratada NaOH 2 Pretratada NaOH 3Lignina 2445 plusmn 146 2269 plusmn 120 2149 plusmn 018Celulosa y hemicelulosa 4034 plusmn 126 7564 plusmn 116 7674 plusmn 106Cenizas 1589plusmn004 170plusmn003 176plusmn005

Relacionado con los rendimientos en la Figura 4 se encuentran los rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las

12 horas de proceso En esta figura se comparan los resultados para materiales sin pretratar y pretratados

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Sin tratamiento NaOH 2 NaOH 3

Yxs

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g C

a)

20 gL

40 gL

80 gL

Figura 4 Rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las 12 horas proceso

Se encontroacute que con una concentracioacuten de 20 gL de sustrato los rendimientos mejoran con el pretra-tamiento alcalino siendo el maacuteximo valor obtenido (0075 g ALg Ca) con material pretratado con NaOH al 3 Esta relacioacuten es inferior a la que reportan Sree-nath et al (2001) quienes obtuvieron 0354 g de aacuteci-do laacutecticog de fibra de alfalfa sin pretratamiento me-diante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea y em-pleando L delbrueckii El menor rendimiento repor-tado en el presente estudio pudo ser causado prin-cipalmente por la complejidad de la estructura de la cascarilla de arroz debido al contenido de siacutelice que ademaacutes de la lignina constituyen una barrera al apro-vechamiento de la fraccioacuten de celulosa

ConclusionesSe logroacute producir aacutecido laacutectico mediante la hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten de cascarilla de arroz sin pretratamiento y con tratamiento alcalino (NaOH 2 y 3) utilizando Lactobacillus delbrueckii Se evaluoacute el efecto de la aplicacioacuten de un pretratamiento quiacutemi-co (NaOH al 2 y 3) sobre el rendimiento de aacutecido a partir de la cascarilla encontraacutendose valores de con-centracioacuten de aacutecido laacutectico significativamente mayo-res que los obtenidos con material sin pretratar a ba-jas concentraciones de sustrato en el HFS (20 gL) En este trabajo se identificoacute que el pretratamiento afec-ta principalmente las fracciones de siacutelice y lignina lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico

39Proantildeos y Pintildeeros 2014

Vol 4 Ndeg 1 pp 33-39 enero-junio 2014

El mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico en este trabajo se presentoacute utilizando cascarilla sin pre-tratamiento (80 gL) siendo este de 181 plusmn 011 gL a las 12 horas de proceso Utilizando cascarilla pretrata-da con NaOH al 2 el mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenido fue de 144 gL y tratada con NaOH al 3 se alcanzoacute un valor de 164 gL En cuan-to al rendimiento Yps el maacuteximo valor se obtuvo en material pretratado con NaOH al 3 (0075 g de aacutecido laacutectico g de cascarilla) utilizando una concentracioacuten de sustrato de 20 gL a las 12 horas de proceso

Un factor que tuvo un papel predominante en la pro-duccioacuten del aacutecido laacutectico fue la agitacioacuten a la que se mantuvieron las unidades de fermentacioacuten puesto que la aireacioacuten y limitacioacuten de sustrato ocasionoacute es-treacutes oxidativo convirtiendo el aacutecido laacutectico produci-do a aacutecido aceacutetico factor que debe considerarse en la evaluacioacuten de este tipo de procesos Estos resultados constituyen informacioacuten valiosa en la buacutesqueda de alternativas de valorizacioacuten de la cascarilla de arroz

AgradecimientosEste trabajo hizo parte del proyecto ldquoAplicacioacuten de tec-nologiacuteas para el aprovechamiento integral de las fraccio-nes celuloacutesica y hemiceluloacutesica de la cascarilla de arrozrdquo financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y por la Universidad de Bogotaacute Jorge Tadeo Lozano

Referencias Badui S (2006) Quiacutemica de los alimentos 4ordf ed

Meacutexico Editorial Pearson Addison Wesley pp 78 79 329

Fedearroz ldquoSeries histoacutericasrdquo Consultado en mayo 9 2014 desde httpwwwfedearrozcomcoapr_publicphp

Grohmann K Torget R amp Himmel M (1986) Opti-mization of dilute acid pretreatment of biomass In Biotechnology and Bioengineering Sympo-sium (Nordm 15 pp 59-80) Wiley

Huang L P Jin B Lant P amp Zhou J (2005) Simulta-neous saccharification and fermentation of potato starch wastewater to lactic acid by Rhizopus ory-zae and Rhizopus arrhizus Biochemical Engineer-ing Journal 23(3) 265-276

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Kalapathy U Proctor A amp Shultz J (2000) A simple method for production of pure silica from rice hull ash Bioresource Technology 73(3) 257-262

Marty-Teysset C De La Torre F amp Garel J R (2000) In-creased Production of Hydrogen Peroxide by Lactoba-cillus delbrueckii subsp bulgaricus upon Aeration In-volvement of an NADH Oxidase in Oxidative Stress Ap-plied and Environmental Microbiology 66(1) 262-267

Murphy M G amp Condon S (1984) Correlation of oxy-gen utilization and hydrogen peroxide accumulation with oxygen induced enzymes in Lactobacillus planta-rum cultures Archives of Microbiology 138(1) 44-48

Monteagudo J M Rodriacuteguez L Rincoacuten J amp Fuertes J (1997) Kinetics of lactic acid fermentation by Lactoba-cillus delbrueckii grown on beet molasses Journal of Chemical Technology and Biotechnology 68(3) 271-276

Quatravaux S Remize F Bryckaert E Colavizza D amp Guzzo J (2006) Examination of Lactobacillus plan-tarum lactate metabolism side effects in relation to the modulation of aeration parameters Journal of Applied Microbiology 101(4) 903-912

Sreenath H K Moldes A B Koegel R G amp Straub R J (2001) Lactic acid production by simultaneous sac-charification and fermentation of alfalfa fiber Jour-nal of bioscience and bioengineering 92(6) 518-523

Saha B C Iten L B Cotta M A amp Wu Y V (2005) Dilute acid pretreatment enzymatic saccharifica-tion and fermentation of rice hulls to ethanol Bio-technology Progress 21(3) 816-822

Saha B C amp Cotta M A (2008) Lime pretreatment en-zymatic saccharification and fermentation of rice hulls to ethanol Biomass and Bioenergy 32(10) 971-977

Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J Templeton D amp Crocker D (2008a) Determina-tion of structural carbohydrates and lignin in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J amp Templeton D (2008b) Determination of ash in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

37Proantildeos y Pintildeeros 2014

Vol 4 Ndeg 1 pp 33-39 enero-junio 2014

que esta condicioacuten permitiacutea la generacioacuten y acumu-lacioacuten de H2O2 en el medio Esta inhibicioacuten inducida por la presencia de oxiacutegeno es el resultado de lo que se conoce como estreacutes oxidativo y se encuentra ade-maacutes asociada a que las ceacutelulas bacterianas detengan la produccioacuten de aacutecido laacutectico Sin importar que L del-brueckii sea un microorganismo capaz de tolerar cier-tas concentraciones de oxiacutegeno disuelto la presencia de este genera cambios en su metabolismo ocasio-nando el consumo del aacutecido laacutectico

Obtencioacuten de aacutecido laacutectico mediante sacarificacioacuten y fermentacioacuten en cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y NaOH al 3En la Figura 2 (A y B) se muestra el perfil de produc-cioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz pre-tratada con NaOH al 2 y 3 respectivamente

Cuando se aplica la evaluacioacuten estadiacutestica Anova del efecto del pretratamiento se encuentra que este fac-tor es estadiacutesticamente significativo sobre las varia-bles de respuesta La prueba de comparacioacuten de me-dias (prueba de Tukey) muestra que en cuanto a ob-tencioacuten de aacutecido laacutectico (gL) existe diferencia esta-diacutesticamente significativa con un nivel de confianza del 95 entre la cascarilla de arroz sin pretratamien-to y aquella sometida a pretratamiento (con NaOH al 2 y 3)

Cuando se aplica la prueba de comparacioacuten de me-dias entre las concentraciones de aacutecido laacutectico obteni-das bajo las dos condiciones de pretratamiento se en-cuentra que no existe diferencia estadiacutesticamente sig-nificativa entre ellas De acuerdo a lo anterior puede afirmarse que entre pretratamientos no se presentoacute una variacioacuten importante en cuanto a la produccioacuten de aacutecido laacutectico

La mayor concentracioacuten de aacutecido laacutectico se obtiene con la mayor concentracioacuten de sustrato en el proce-so (80 gL) Se obtuvieron valores de 144 plusmn 015 gL utilizando cascarilla de arroz pretratada con NaOH al 2 y de 164 plusmn 008 gL con cascarilla pretratada con NaOH al 3 Estos resultados se obtuvieron a las 12 h Estos valores son similares a los obtenidos en ma-terial sin pretratamiento (181 plusmn 011 gL) Es posible que la alta concentracioacuten del sustrato afecte el acce-

so de las enzimas al sustrato especialmente cuando el material es pretratado ya que el comportamien-to es diferente a 20 gL de sustrato con cascarilla pretratada con NaOH al 3 el valor obtenido es 143 gL con NaOH al 2 132 gL mientras que con ma-terial sin pretratar la concentracioacuten de aacutecido laacutectico apenas alcanzoacute 097 gL El efecto positivo del pre-tratamiento alcalino es notable cuando el proceso de HFS se realiza con baja concentracioacuten de sustrato lo que favorece la hidroacutelisis enzimaacutetica y la produc-cioacuten de AL

A

B

Figura 2 Variacioacuten en el tiempo de concentracioacuten de aacutecido laacutectico y gluco-sa (valores promedio) a partir de cascarilla de arroz pretrada con NaOH al 2 (A) y NaOH al 3 (B) a diferentes concentraciones de sustrato Aacutecido laacutectico (siacutembolo soacutelido) glucosa (liacutenea punteada siacutembolo sin relleno) (-loz-) 20 gL (--) 40 gL (-∆-) 80 gL

En la Tabla 1 se encuentran los datos obtenidos de la caracterizacioacuten de los materiales sin pretratar y tra-tados En cuanto al contenido de los polisacaacuteridos se evidencioacute que el tratamiento con NaOH afecta las fracciones de lignina y siacutelice ya que se encontroacute una mayor concentracioacuten de los polisacaacuteridos Aunque existen reportes de concentraciones de NaOH cerca-nas a 1M para extraer el siacutelice (Kalapathy et al 2000) bajo las condiciones evaluadas se logra obtener sili-

38 Evaluacioacuten de la produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz por Lactobacillus delbrueckii

Revista Digital de la Facultad de Ciencias Naturales e Ingenieriacutea de la UJTL

cato de sodio lo que se evidencioacute en la formacioacuten de geles durante la experimentacioacuten y al menor conteni-do de minerales en los materiales pretratados

En el caso de la concentracioacuten de aacutecido laacutectico des-

pueacutes de las 12 horas de HFS esta tiende a disminuir de manera sostenida hasta el final del proceso pre-sentando un comportamiento similar al obtenido con cascarilla sin pretratamiento

Tabla 1 Composicioacuten de la cascarilla de arroz ()

Sin pretratamiento Pretratada NaOH 2 Pretratada NaOH 3Lignina 2445 plusmn 146 2269 plusmn 120 2149 plusmn 018Celulosa y hemicelulosa 4034 plusmn 126 7564 plusmn 116 7674 plusmn 106Cenizas 1589plusmn004 170plusmn003 176plusmn005

Relacionado con los rendimientos en la Figura 4 se encuentran los rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las

12 horas de proceso En esta figura se comparan los resultados para materiales sin pretratar y pretratados

000

001

002

003

004

005

006

007

008

009

010

Sin tratamiento NaOH 2 NaOH 3

Yxs

(g

AL

g C

a)

20 gL

40 gL

80 gL

Figura 4 Rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las 12 horas proceso

Se encontroacute que con una concentracioacuten de 20 gL de sustrato los rendimientos mejoran con el pretra-tamiento alcalino siendo el maacuteximo valor obtenido (0075 g ALg Ca) con material pretratado con NaOH al 3 Esta relacioacuten es inferior a la que reportan Sree-nath et al (2001) quienes obtuvieron 0354 g de aacuteci-do laacutecticog de fibra de alfalfa sin pretratamiento me-diante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea y em-pleando L delbrueckii El menor rendimiento repor-tado en el presente estudio pudo ser causado prin-cipalmente por la complejidad de la estructura de la cascarilla de arroz debido al contenido de siacutelice que ademaacutes de la lignina constituyen una barrera al apro-vechamiento de la fraccioacuten de celulosa

ConclusionesSe logroacute producir aacutecido laacutectico mediante la hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten de cascarilla de arroz sin pretratamiento y con tratamiento alcalino (NaOH 2 y 3) utilizando Lactobacillus delbrueckii Se evaluoacute el efecto de la aplicacioacuten de un pretratamiento quiacutemi-co (NaOH al 2 y 3) sobre el rendimiento de aacutecido a partir de la cascarilla encontraacutendose valores de con-centracioacuten de aacutecido laacutectico significativamente mayo-res que los obtenidos con material sin pretratar a ba-jas concentraciones de sustrato en el HFS (20 gL) En este trabajo se identificoacute que el pretratamiento afec-ta principalmente las fracciones de siacutelice y lignina lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico

39Proantildeos y Pintildeeros 2014

Vol 4 Ndeg 1 pp 33-39 enero-junio 2014

El mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico en este trabajo se presentoacute utilizando cascarilla sin pre-tratamiento (80 gL) siendo este de 181 plusmn 011 gL a las 12 horas de proceso Utilizando cascarilla pretrata-da con NaOH al 2 el mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenido fue de 144 gL y tratada con NaOH al 3 se alcanzoacute un valor de 164 gL En cuan-to al rendimiento Yps el maacuteximo valor se obtuvo en material pretratado con NaOH al 3 (0075 g de aacutecido laacutectico g de cascarilla) utilizando una concentracioacuten de sustrato de 20 gL a las 12 horas de proceso

Un factor que tuvo un papel predominante en la pro-duccioacuten del aacutecido laacutectico fue la agitacioacuten a la que se mantuvieron las unidades de fermentacioacuten puesto que la aireacioacuten y limitacioacuten de sustrato ocasionoacute es-treacutes oxidativo convirtiendo el aacutecido laacutectico produci-do a aacutecido aceacutetico factor que debe considerarse en la evaluacioacuten de este tipo de procesos Estos resultados constituyen informacioacuten valiosa en la buacutesqueda de alternativas de valorizacioacuten de la cascarilla de arroz

AgradecimientosEste trabajo hizo parte del proyecto ldquoAplicacioacuten de tec-nologiacuteas para el aprovechamiento integral de las fraccio-nes celuloacutesica y hemiceluloacutesica de la cascarilla de arrozrdquo financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y por la Universidad de Bogotaacute Jorge Tadeo Lozano

Referencias Badui S (2006) Quiacutemica de los alimentos 4ordf ed

Meacutexico Editorial Pearson Addison Wesley pp 78 79 329

Fedearroz ldquoSeries histoacutericasrdquo Consultado en mayo 9 2014 desde httpwwwfedearrozcomcoapr_publicphp

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Huang L P Jin B Lant P amp Zhou J (2005) Simulta-neous saccharification and fermentation of potato starch wastewater to lactic acid by Rhizopus ory-zae and Rhizopus arrhizus Biochemical Engineer-ing Journal 23(3) 265-276

Ilmeacuten M Koivuranta K Ruohonen L Suominen P amp Penttilauml M (2007) Efficient production of L-lac-tic acid from xylose by Pichia stipitis Applied and Environmental Microbiology 73(1) 117-123

Kalapathy U Proctor A amp Shultz J (2000) A simple method for production of pure silica from rice hull ash Bioresource Technology 73(3) 257-262

Marty-Teysset C De La Torre F amp Garel J R (2000) In-creased Production of Hydrogen Peroxide by Lactoba-cillus delbrueckii subsp bulgaricus upon Aeration In-volvement of an NADH Oxidase in Oxidative Stress Ap-plied and Environmental Microbiology 66(1) 262-267

Murphy M G amp Condon S (1984) Correlation of oxy-gen utilization and hydrogen peroxide accumulation with oxygen induced enzymes in Lactobacillus planta-rum cultures Archives of Microbiology 138(1) 44-48

Monteagudo J M Rodriacuteguez L Rincoacuten J amp Fuertes J (1997) Kinetics of lactic acid fermentation by Lactoba-cillus delbrueckii grown on beet molasses Journal of Chemical Technology and Biotechnology 68(3) 271-276

Quatravaux S Remize F Bryckaert E Colavizza D amp Guzzo J (2006) Examination of Lactobacillus plan-tarum lactate metabolism side effects in relation to the modulation of aeration parameters Journal of Applied Microbiology 101(4) 903-912

Sreenath H K Moldes A B Koegel R G amp Straub R J (2001) Lactic acid production by simultaneous sac-charification and fermentation of alfalfa fiber Jour-nal of bioscience and bioengineering 92(6) 518-523

Saha B C Iten L B Cotta M A amp Wu Y V (2005) Dilute acid pretreatment enzymatic saccharifica-tion and fermentation of rice hulls to ethanol Bio-technology Progress 21(3) 816-822

Saha B C amp Cotta M A (2008) Lime pretreatment en-zymatic saccharification and fermentation of rice hulls to ethanol Biomass and Bioenergy 32(10) 971-977

Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J Templeton D amp Crocker D (2008a) Determina-tion of structural carbohydrates and lignin in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J amp Templeton D (2008b) Determination of ash in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

38 Evaluacioacuten de la produccioacuten de aacutecido laacutectico a partir de cascarilla de arroz por Lactobacillus delbrueckii

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cato de sodio lo que se evidencioacute en la formacioacuten de geles durante la experimentacioacuten y al menor conteni-do de minerales en los materiales pretratados

En el caso de la concentracioacuten de aacutecido laacutectico des-

pueacutes de las 12 horas de HFS esta tiende a disminuir de manera sostenida hasta el final del proceso pre-sentando un comportamiento similar al obtenido con cascarilla sin pretratamiento

Tabla 1 Composicioacuten de la cascarilla de arroz ()

Sin pretratamiento Pretratada NaOH 2 Pretratada NaOH 3Lignina 2445 plusmn 146 2269 plusmn 120 2149 plusmn 018Celulosa y hemicelulosa 4034 plusmn 126 7564 plusmn 116 7674 plusmn 106Cenizas 1589plusmn004 170plusmn003 176plusmn005

Relacionado con los rendimientos en la Figura 4 se encuentran los rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las

12 horas de proceso En esta figura se comparan los resultados para materiales sin pretratar y pretratados

000

001

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006

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Sin tratamiento NaOH 2 NaOH 3

Yxs

(g

AL

g C

a)

20 gL

40 gL

80 gL

Figura 4 Rendimientos obtenidos Yxs (g ALg Ca) a las 12 horas proceso

Se encontroacute que con una concentracioacuten de 20 gL de sustrato los rendimientos mejoran con el pretra-tamiento alcalino siendo el maacuteximo valor obtenido (0075 g ALg Ca) con material pretratado con NaOH al 3 Esta relacioacuten es inferior a la que reportan Sree-nath et al (2001) quienes obtuvieron 0354 g de aacuteci-do laacutecticog de fibra de alfalfa sin pretratamiento me-diante sacarificacioacuten y fermentacioacuten simultaacutenea y em-pleando L delbrueckii El menor rendimiento repor-tado en el presente estudio pudo ser causado prin-cipalmente por la complejidad de la estructura de la cascarilla de arroz debido al contenido de siacutelice que ademaacutes de la lignina constituyen una barrera al apro-vechamiento de la fraccioacuten de celulosa

ConclusionesSe logroacute producir aacutecido laacutectico mediante la hidroacutelisis enzimaacutetica y fermentacioacuten de cascarilla de arroz sin pretratamiento y con tratamiento alcalino (NaOH 2 y 3) utilizando Lactobacillus delbrueckii Se evaluoacute el efecto de la aplicacioacuten de un pretratamiento quiacutemi-co (NaOH al 2 y 3) sobre el rendimiento de aacutecido a partir de la cascarilla encontraacutendose valores de con-centracioacuten de aacutecido laacutectico significativamente mayo-res que los obtenidos con material sin pretratar a ba-jas concentraciones de sustrato en el HFS (20 gL) En este trabajo se identificoacute que el pretratamiento afec-ta principalmente las fracciones de siacutelice y lignina lo que favorecioacute la produccioacuten de aacutecido laacutectico

39Proantildeos y Pintildeeros 2014

Vol 4 Ndeg 1 pp 33-39 enero-junio 2014

El mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico en este trabajo se presentoacute utilizando cascarilla sin pre-tratamiento (80 gL) siendo este de 181 plusmn 011 gL a las 12 horas de proceso Utilizando cascarilla pretrata-da con NaOH al 2 el mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenido fue de 144 gL y tratada con NaOH al 3 se alcanzoacute un valor de 164 gL En cuan-to al rendimiento Yps el maacuteximo valor se obtuvo en material pretratado con NaOH al 3 (0075 g de aacutecido laacutectico g de cascarilla) utilizando una concentracioacuten de sustrato de 20 gL a las 12 horas de proceso

Un factor que tuvo un papel predominante en la pro-duccioacuten del aacutecido laacutectico fue la agitacioacuten a la que se mantuvieron las unidades de fermentacioacuten puesto que la aireacioacuten y limitacioacuten de sustrato ocasionoacute es-treacutes oxidativo convirtiendo el aacutecido laacutectico produci-do a aacutecido aceacutetico factor que debe considerarse en la evaluacioacuten de este tipo de procesos Estos resultados constituyen informacioacuten valiosa en la buacutesqueda de alternativas de valorizacioacuten de la cascarilla de arroz

AgradecimientosEste trabajo hizo parte del proyecto ldquoAplicacioacuten de tec-nologiacuteas para el aprovechamiento integral de las fraccio-nes celuloacutesica y hemiceluloacutesica de la cascarilla de arrozrdquo financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y por la Universidad de Bogotaacute Jorge Tadeo Lozano

Referencias Badui S (2006) Quiacutemica de los alimentos 4ordf ed

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Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J Templeton D amp Crocker D (2008a) Determina-tion of structural carbohydrates and lignin in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

Sluiter A Hames B Ruiz R Scarlata C Sluiter J amp Templeton D (2008b) Determination of ash in bio-mass National Renewable Energy Laboratory 1-5

39Proantildeos y Pintildeeros 2014

Vol 4 Ndeg 1 pp 33-39 enero-junio 2014

El mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico en este trabajo se presentoacute utilizando cascarilla sin pre-tratamiento (80 gL) siendo este de 181 plusmn 011 gL a las 12 horas de proceso Utilizando cascarilla pretrata-da con NaOH al 2 el mayor valor de concentracioacuten de aacutecido laacutectico obtenido fue de 144 gL y tratada con NaOH al 3 se alcanzoacute un valor de 164 gL En cuan-to al rendimiento Yps el maacuteximo valor se obtuvo en material pretratado con NaOH al 3 (0075 g de aacutecido laacutectico g de cascarilla) utilizando una concentracioacuten de sustrato de 20 gL a las 12 horas de proceso

Un factor que tuvo un papel predominante en la pro-duccioacuten del aacutecido laacutectico fue la agitacioacuten a la que se mantuvieron las unidades de fermentacioacuten puesto que la aireacioacuten y limitacioacuten de sustrato ocasionoacute es-treacutes oxidativo convirtiendo el aacutecido laacutectico produci-do a aacutecido aceacutetico factor que debe considerarse en la evaluacioacuten de este tipo de procesos Estos resultados constituyen informacioacuten valiosa en la buacutesqueda de alternativas de valorizacioacuten de la cascarilla de arroz

AgradecimientosEste trabajo hizo parte del proyecto ldquoAplicacioacuten de tec-nologiacuteas para el aprovechamiento integral de las fraccio-nes celuloacutesica y hemiceluloacutesica de la cascarilla de arrozrdquo financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y por la Universidad de Bogotaacute Jorge Tadeo Lozano

Referencias Badui S (2006) Quiacutemica de los alimentos 4ordf ed

Meacutexico Editorial Pearson Addison Wesley pp 78 79 329

Fedearroz ldquoSeries histoacutericasrdquo Consultado en mayo 9 2014 desde httpwwwfedearrozcomcoapr_publicphp

Grohmann K Torget R amp Himmel M (1986) Opti-mization of dilute acid pretreatment of biomass In Biotechnology and Bioengineering Sympo-sium (Nordm 15 pp 59-80) Wiley

Huang L P Jin B Lant P amp Zhou J (2005) Simulta-neous saccharification and fermentation of potato starch wastewater to lactic acid by Rhizopus ory-zae and Rhizopus arrhizus Biochemical Engineer-ing Journal 23(3) 265-276

Ilmeacuten M Koivuranta K Ruohonen L Suominen P amp Penttilauml M (2007) Efficient production of L-lac-tic acid from xylose by Pichia stipitis Applied and Environmental Microbiology 73(1) 117-123

Kalapathy U Proctor A amp Shultz J (2000) A simple method for production of pure silica from rice hull ash Bioresource Technology 73(3) 257-262

Marty-Teysset C De La Torre F amp Garel J R (2000) In-creased Production of Hydrogen Peroxide by Lactoba-cillus delbrueckii subsp bulgaricus upon Aeration In-volvement of an NADH Oxidase in Oxidative Stress Ap-plied and Environmental Microbiology 66(1) 262-267

Murphy M G amp Condon S (1984) Correlation of oxy-gen utilization and hydrogen peroxide accumulation with oxygen induced enzymes in Lactobacillus planta-rum cultures Archives of Microbiology 138(1) 44-48

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