SEMIÁRIDA Revista de la Facultad de Agronomía UNLPam Vol 29(1):11­17 .
6300 Santa Rosa ­ Argentina. 2019.
ISSN 2408­4077
(online)
DOI: http://dx.doi.org/10.19137/semiarida.2019(01).11­17
PRODUCCION DE BIOETANOL A ESCALA DE LABORATORIO A PARTIR
DE SORGO GRANIFERO (Sorghum bicolor L. Moench)
BIOETHANOL PRODUCTION FROM GRAIN SORGHUM (Sorghum bicolor L.
Moench) AT LABORATORY SCALE
Picca Aurora1*, Mirta Castaño1, Julián Isasti1
María Pereyra Cardozo1, Miguel Ángel Fernández1
Recibido 02/08/2018
Enzo David Ferrari1, Rodolfo Domínguez1 &
Aceptado 06/03/2019
Héctor Paccapelo1
RESUMEN
En el presente trabajo se investigó la producción de bioetanol a partir de sorgo granífero, en res­
puesta a la necesidad de explorar otros materiales para obtener alcohol por fermentación. Se diseñó
un protocolo experimental de laboratorio para evaluar el rendimiento en bioetanol en 7 genotipos. La
producción de bioetanol varió de 428,13 a 481,5 ml.kg MS­1 después de 68 horas de fermentación.
Los genotipos INTA Blanco y Antel INTA expresaron un rendimiento en bioetanol significativamente
diferente. En esta investigación no pudo determinarse el efecto de las propiedades particulares del
grano sobre la bioconversión. El alto rendimiento de bioetanol demuestra que el sorgo granífero puede
ser una alternativa para diferentes regiones, ya que es un cultivo que se adapta a diferentes tipos de
suelos y clima.
PALABRAS CLAVE: fermentación alcohólica, taninos, almidón
ABSTRACT
The production of ethanol from grain sorghum was investigated in the present work, in response to
the need of exploring other materials to obtain alcohol by fermentation. A laboratory experimental pro­
tocol was designed in order to evaluate ethanol yield, from grain in 7 genotypes. The ethanol produc­
tion varied from 428,13 to 481,5 ml.kg MS­1 at 68 hours of fermentation. INTA Blanco and Antel INTA
genotypes significantly differed in ethanol yield. Through this research it was not possible to determine
the impact of particular grain properties on bioconversion. The high ethanol yield demonstrated that
grain sorghum can be an alternative for different regions, since it is a crop that adapts to different soil
types and climate.
KEY WORDS: alcoholic fermentation, tannins, starch
INTRODUCCIÓN
interesante para el desarrollo agrícola. La des­
ventaja más obvia es que su producción puede
El reciente interés e incremento en la produc­
competir por el uso de recursos alimenticios
ción de bioetanol ha sido principalmente provo­
(Chuck­Hernández, 2011). En orden de alcanzar
cado por su uso como combustible automotriz.
el objetivo de crecimiento en la producción de
La ventaja del bioetanol con respecto a los com­
biocombustibles durante las próximas décadas,
bustibles fósiles es que se obtiene de fuentes re­
es esencial extender las fuentes de materia prima
novables y representa una oportunidad
a cultivos de producción más económica. Por tal
Cómo citar este trabajo:
motivo, es crítica la incorporación de nuevos
Picca A., Castaño, M., Isasti, J., Pereyra Cardozo, M. C.,
cultivos de alta productividad y de buena adap­
Fernández, M. A., Ferrari, E. D., Domínguez, R., y Pacca­
pelo, H. (2018). Producción de bioetanol a escala de labo­
tación a condiciones climáticas y edáficas. Al
ratorio a partir de sorgo granifero (Sorghum bicolor L.
respecto, existen avanzados estudios en la utili­
Moench). Semiárida, 29(1), 11­17.
zación de sorgo como materia prima en la pro­
1 Universidad Nacional de La Pampa. Facultad de Agronomía. Santa Rosa, Argentina
* apicca@gmail.com
Picca, A., Castaño, M., Isasti, J., Pereyra Cardozo, M.C., Fernández, M. A., Ferrari, E. D., Domínguez, R., y Paccapelo, H.
ducción de bioetanol (Wu et al., 2007; Almoda­
versidad Nacional de La Pampa, ubicado en la
res & Hadi, 2009; Barcelos et al., 2011; Chuck­
ruta 35 km 334, Santa Rosa, La Pampa (Argen­
Hernández et al., 2011; Davila­Gómez et al.,
tina), a 36º 46’ de latitud sur y 64º 17’ longitud
2011; Alegre et al., 2013; Nasidi et al., 2015;
oeste y a 210 msnm (metros sobre el nivel del
Xuan et al., 2015; Nkomba et al., 2016).
mar), durante 2014. El suelo se clasificó como
Paleustol petrocálcico (Soil Survey Staff, 1999),
El sorgo (Sorghum bicolor L. Moench) es una
con escasa pendiente superficial y un manto de
especie rústica que puede ser cultivada en una
tosca en el subsuelo, a una profundidad que
gran variedad de ambientes y tipos de suelos. Es
varió entre 1,0 y 1,2 metros. La siembra se efec­
muy eficiente en ambientes cálidos y con inten­
tuó con sembradora neumática en una densidad
sidad luminosa alta, como los prevalecientes en
de 10 semillas por metro lineal y a 0,5 m entre
regiones semiáridas. Se destaca por su mayor
hileras lográndose alrededor de 18 plantas por
adaptación y mejor respuesta en condiciones
m2 a la emergencia. Cada parcela tuvo 10 m de
edafo­climáticas limitantes, dando estabilidad de
largo por 6 surcos de ancho, bajo un diseño de
rendimientos en situaciones productivas de menor
bloques completos al azar con cuatro repeticio­
potencialidad, donde el maíz no responde. Es to­
nes. La fecha de la siembra fue el 28 de noviem­
lerante a deficiencias hídricas: requiere aproxi­
bre de
2014. Se condujo en secano sin
madamente un tercio del agua para la producción
limitaciones nutricionales. Se emplearon cinco
de grano o biomasa comparado con el maíz o la
cultivares de sorgo granífero, (Sorghum bicolor
caña de azúcar. A su vez, puede producir satisfac­
L. Moench), INTA Blanco, ProINTA 341, Pakarí
toriamente aún con bajo nivel de fertilidad, adap­
INTA, Antel INTA y Nehúen INTA y dos líneas
tándose a ambientes marginales no compitiendo,
experimentales, Experimental Manfredi 3 y Ex­
en general, en superficie con otras especies para
perimental Manfredi 155, cedidas por la EEA
alimento humano. El sorgo puede ser utilizado
INTA Manfredi, Córdoba.
tanto para la producción de biocombustibles de
primera generación (bioetanol a partir de grano o
Las determinaciones realizadas fueron: peso
azúcar de tallos) como en alternativas de segunda
de mil granos, peso hectolítrico, humedad, con­
y tercera generación (aprovechamiento del ba­
tenido total de proteína, taninos totales, taninos
gazo, biogás, etc.) (Chuck­Hernández et al., 2011;
condensados, textura de endosperma, rendi­
Giorda et al., 2012).
miento de bioetanol, azúcares fermentables dis­
ponibles y grado alcohólico.
El proceso de producción de bioetanol en base
a molienda seca de sorgo involucra varios pasos:
El peso de los granos (g) se calculó sobre una
1) molienda del grano, 2) gelatinización, licue­
muestra de 200 granos y se extrapoló al peso de
facción y sacarificación del almidón, 3) inocu­
1000 granos (PMG). El Peso Hectolítrico (PH)
lación con levaduras y fermentación de los
se determinó como el promedio del peso corre­
azúcares a bioetanol. En cualquiera de estos
gido de los granos contenidos en una probeta de
pasos pueden ocurrir efectos adversos que resul­
100 ml, sobre dos repeticiones y se realizó la
ten en un menor rendimiento de bioetanol y en
conversión a kg.hl­1.
una reducida eficiencia de conversión (Wu et al.,
La determinación del contenido de humedad
2007).
se llevó a cabo según el método AACC 44­15A
El objetivo de este estudio fue comparar dife­
(2000).
rentes genotipos de sorgo como sustrato y eva­
El contenido total de proteínas se midió sobre
luar un método potencial para la producción de
grano entero por el método Micro­Kjeldhal mo­
bioetanol a partir de este cereal
dificado para ácido bórico
(Método 46­12,
AACC, 2000).
MATERIALES Y METODOS
Para la determinación de taninos totales se uti­
Material vegetal y determinaciones
lizó el protocolo propuesto por Price & Butler
El ensayo se llevó a cabo en el Campo Expe­
(1977) que se basa en la extracción de las sus­
rimental de la Facultad de Agronomía de la Uni­
tancias tánicas con agua hirviendo, en la que se
12
Producción de bioetanol a escala de laboratorio a partir de sorgo granifero (Sorghum bicolor L. Moench)
solubilizan. Se trata de un método cualitativo de
rado en una solución de BaCl2 y se mantuvieron
apreciación visual por colores determinados. La
en baño térmico a 30°C, con agitación, durante
aparición del color verde claro indica porcentaje
68 hs aproximadamente.
de taninos totales menor al 0,4% y se considera
La determinación del rendimiento de bioeta­
bajo en taninos. El verde oscuro indica entre el
nol se realizó por gravimetría. Para esto se pe­
0,4 y 0,8% de taninos, lo que se considera valor
saron los frascos antes y después del proceso
medio y por último el color azul indica alto
fermentativo. Todas las determinaciones se hi­
valor en taninos, mayor al 0,8%.
cieron por duplicado y se utilizaron blancos de
Para los taninos condensados se siguió la
fermentación.
prueba del blanqueo con cloro (Chloro bleach
La evaluación del grado de alcohol probable
test con base álcali) de SENASA (2011). Para la
en la muestra se realizó mediante la cuantifica­
clasificación de los granos en las distintas cate­
ción de grados Brix en el sobrenadante final, uti­
gorías se adoptó lo propuesto por Alegre et al.
lizando un refractrómetro de Abbe.
(2013). Se consideraron “con taninos condensa­
La estimación de la concentración de bioeta­
dos” los que presentaron un color marrón oscuro
nol se realizó mediante el método del ácido cró­
a negro y los “sin taninos” un color blanco a
mico
(Caputi et al.,
1968) midiendo la
amarillo claro con el hilum de color castaño os­
absorbancia a 584 nm en espectrofotómetro
curo. Los materiales clasificados como “bajo ta­
nino” presentaron manchas castañas sobre un
Análisis estadístico
fondo color blanco a amarillo.
Se realizó el Análisis de la Varianza para los
La textura del endosperma se determinó vi­
datos de rendimiento de bioetanol y se utilizó la
sualmente según la escala de Rooney & Miller
prueba de Diferencias Mínimas Significativas
(1982).
(p<0,05) para separar promedios con el pro­
grama InfoStat (Di Rienzo et al., 2008). Se rea­
La producción de bioetanol se realizó acorde
lizaron análisis de correlación entre el
al protocolo propuesto por Alegre et al. (2013)
rendimiento de bioetanol y las variables morfo­
con modificaciones. Los granos de sorgo fueron
agronómicas.
molidos en un molino a hélice (Dalvo) hasta un
tamaño de partícula menor a 1 mm de diámetro.
RESULTADOS
Para la digestión enzimática, 30 gramos de
El resultado de las determinaciones en todas
muestra fueron colocados en erlenmeyers de
las variedades se muestra en la Tabla 1. Coinci­
250 ml a los que se le agregó 100 ml de medio
dentemente con lo informado por Alegre et al.
de fermentación (extracto de levadura, 0,3%;
(2013), el híbrido INTA Blanco mostró el mayor
peptona de carne,
0,35%; KH2PO4,
0,2%;
rendimiento de bioetanol (481,5 ml.kg MS­1),
MgSO4.7H2O, 0,1%; pH 5,5) previamente ca­
mientras que el menor valor, correspondió al
lentado a 60­70°C y 400 uL de enzima α­ami­
cultivar Antel INTA (428,13 ml.kg MS­1), en­
lasa
(Spyzeme R RSL). Los frascos se
contrándose diferencia significativa solo entre
mantuvieron en baño térmico a 90°C con agita­
los genotipos antes mencionados.
ción a 125 rpm por 2 horas. Posteriormente fue­
ron enfriados hasta 40­45°C y el pH ajustado a
Ha sido encontrado un amplio rango de efi­
4,5 con HCl 1N. En estas condiciones fueron
ciencia en la producción de bioetanol a partir de
agregados 100 uL de enzima glucoamilasa (Dis­
sorgo (Wu et al., 2007). Este proceso básica­
tillase R SSF). Los frascos fueron llevados nue­
mente genera bioetanol a partir del almidón de
vamente al baño térmico a 60°C durante 2 horas
los granos de sorgo, por lo que se espera que, a
en agitación.
mayor concentración de almidón de los granos
cabría esperar un mayor rendimiento de bioeta­
Para la fermentación se enfriaron los frascos
nol, sin embargo, Wang et al. (2008), trabajando
a temperatura ambiente (20­25°C) y se les
con 70 variedades de sorgo encontraron diferen­
agregó 3 ml de Saccharomyces cerevisiae. Los
cias de hasta el 7,4% en la producción de bioe­
frascos fueron cerrados con tapones con man­
tanol entre variedades con similar concentración
gueras que permitían el burbujeo del CO2 libe­
13
Picca, A., Castaño, M., Isasti, J., Pereyra Cardozo, M.C., Fernández, M. A., Ferrari, E. D., Domínguez, R., y Paccapelo, H.
de almidón. En nuestro estudio se observó que
el amasado y viscosidad de la masa entre otros
el cultivar de mayor peso de grano produjo un
(Wu et al., 2007; Zhao et al., 2008, Yan et al.,
menor rendimiento en alcohol lo cual se asocia
2009).
a la correlación negativa y significativa (­0,68)
En términos generales, las variedades de sorgo
encontrada entre ambas variables. Asumiendo
con tipo de endosperma ceroso o waxy (aproxi­
una relación positiva entre el peso del grano y la
madamente 100% amilopectina) presentan mayor
concentración de almidón, también podemos ex­
rendimiento en bioetanol que las variedades no
presar que la concentración de almidón no es la
cerosas o normales (aproximadamente 75% de
principal determinante en la producción de bioe­
amilopectina y 25% de amilosa) a igualdad de
tanol. En el sorgo, es ya bien conocido, que el
contenido total de almidón. Esto podría expli­
rendimiento de bioetanol se ve afectado cuando
carse por los efectos adversos del mayor conte­
el contenido de proteínas se incrementa, debido
nido de amilosa durante la gelatinización. La
a una relación inversa entre el contenido de al­
gelatinización reducida puede restringir el ac­
midón y el contenido de proteína (Wang et al.,
ceso de las enzimas hidrolíticas a las moléculas
2008). Acorde a esto, en nuestro trabajo se en­
de almidón, resultando en una pobre conversión
contró que el cultivar INTA Blanco (genotipo de
a glucosa (Wang et al., 2008). Todos los genoti­
mayor rendimiento de bioetanol) presentó el
pos testeados en este trabajo presentan el tipo de
menor contenido de proteínas y el cultivar Antel
endosperma normal (Laura María Giorda, co­
INTA (genotipo de menor rendimiento de bioe­
municación personal). El valor promedio de ren­
tanol) presentó el mayor contenido de proteínas
dimiento de bioetanol obtenido en nuestro
(Tabla 1). Sin embargo, aún con la misma canti­
estudio (459,62 ml.kg MS­1) fue similar o leve­
dad de proteína, la eficiencia de fermentación
mente superior a los citados por la bibliografía.
puede variar hasta 8% indicando que existen
Chuck­Hernández et al. (2011) sugieren un valor
otros factores que influyen en la tasa de conver­
medio de 390 L por tonelada. Alegre et al.
sión del almidón (Wang et al., 2008). Otros au­
(2013) obtuvieron un promedio de 458,74 ml.kg
tores expresan que entre los factores claves que
MS­1; Yan et al. (2009) trabajando con granos de
afectan el rendimiento de bioetanol a partir de
sorgo de alta concentración de taninos germina­
los granos de sorgo se encuentran: la dureza del
dos y sin germinar informaron valores prome­
grano y tamaño de partícula, concentración de
dios de 409,72 ml.kg MS­1 y 397,79 ml.kgMS­1
almidón y digestibilidad, tipo y cantidad de
respectivamente. Por otra parte, Yan et al. (2011)
compuestos fenólicos, contenido de amilosa,
analizando 25 genotipos de sorgo waxy, obtu­
formación de complejos amilosa­lípidos durante
vieron valores promedio de 417,16 ml.kg MS­1
Tabla 1: Rendimiento en bioetanol en sorgo granífero y propiedades de los granos.
Table 1: Bioethanol yields in grain sorghum and grain properties.
PMG
Genotipo
PHTaninosTaninos
%H TERendimiento
GBM CE v/v CE ºGLProteína
(g)
(%) condensados
(ml.kg MS­1)
(%N*6,25)
INTA Blanco
22,0 d
78,65 b
< 0,4
Sin taninos
7,47
2
481,77 a
7,05
93,28
1,11
6,60 d
ProINTA 341
24,0 c
79,15 b
< 0,4
Bajo taninos
7,77
3
469,26 ab
6,55
92,94
1,08
8,72 c
Pakarí INTA
27,0 b
75,75 d
> 0,8
Con taninos
8,41
4
469,09 ab
3,25
93,59
1,07
7,16 d
ExpMf 3
22,5 cd
72,05 f
> 0,4 < 0,8 Bajo taninos
8,00
3
465,60 ab
7,00
92,09
0,99
9,13 bc
ExpMf 155
27,0 b
74,35 e
< 0,4
Sin taninos
8,18
3
458,93 ab
6,70
95,85
1,07
9,53 ab
Nehuen INTA 23,0 cd
77,10 c
> 0,8
Con taninos
7,80
4
444,57 bc
6,30
90,71
1,05
7,06 d
Antel INTA
31,0 a
80,70 a
< 0,4 Bajo taninos
7,66
2
428,13 c
6,55
93,58
1,02
9,94 a
PMG: Peso Mil Granos; PH: Peso Hectolítrico; %H: Humedad; TE: Textura Endosperma; Rendimiento: Rendimiento
de Bioetanol en ml.kg MS­1; GBM: Grados Brix Mosto Final; CE v/v: Concentración Bioetanol; CE ºGL: Concentración
Bioetanol en grados Guy Lussac; Prot. (%N*6,25): Contenido de Proteína
14
Producción de bioetanol a escala de laboratorio a partir de sorgo granifero (Sorghum bicolor L. Moench)
y concluyeron que el rendimiento de bioetanol
de taninos con la producción de bioetanol, dado
es esencialmente proporcional al contenido de
que los valores extremos en el rango de produc­
almidón, teniendo muy poco efecto los bajos va­
ción de bioetanol correspondieron a las varieda­
lores de contenido de amilosa de los granos uti­
des INTA Blanco y Antel INTA, caracterizadas
lizados, tanto en el rendimiento de bioetanol
como sin taninos condensados y baja en taninos
como en la eficiencia de fermentación.
condensados, respectivamente, y por otra parte
valores intermedios de producción de bioetanol
La textura del endosperma de los granos de
se obtuvieron en genotipos con alto contenido
sorgo está determinada por la proporción rela­
de taninos como como Pakarí INTA y Nehuén
tiva de endosperma córneo o harinoso. La tex­
INTA (Tabla 1). Existe cierta divergencia entre
tura afecta las propiedades de procesamiento de
los resultados obtenidos por el método de Price
los granos, considerándose que los granos con
y Butler para taninos totales y el método del
alto porcentaje de endosperma córneo presentan
blanqueo con cloro (SENASA, 2011) para algu­
mayor rendimiento en la molienda seca ya que
nos genotipos. Esto podría explicarse en primera
el pericarpio es fácilmente removido dejando in­
medida porque ambos son métodos cualitativos
tacto el almidón del endosperma. Por otra parte,
que no tienen la rigurosidad de los métodos
los granos harinosos presentan mejor comporta­
cuantitativos. Por otra parte, existen referencias
miento en la molienda húmeda en condiciones
que los resultados del método de blanqueo con
de laboratorio (Rooney & Miller, 1982).
cloro están sumamente influenciados por la hu­
Estos mismos autores propusieron una escala
medad del grano y por el acondicionamiento de
para la clasificación de los granos, en un rango del
los mismos (Giorda, comunicación personal).
1 al 5, correspondiendo el valor 1 a aquellos gra­
Los grados Brix dan una idea de la concentra­
nos cuyo endosperma es completamente córneo y
ción de azúcares fermentables disponibles en el
5 para aquellos esencialmente harinoso. Todas las
mosto. De manera que, los grados Brix disminu­
variedades utilizadas en este trabajo fueron carac­
yen a medida que las levaduras utilizan los azúca­
terizadas como intermedias respecto de las dos
res fermentables para llevar a cabo la fermentación
fracciones anteriores, teniendo en cuenta la escala
alcohólica. Los valores obtenidos en el mosto final
antes mencionada (Tabla 1), por lo que no pudo
estuvieron en el rango de 6,30 a 7,05 grados Brix,
determinarse una relación entre la textura del en­
excepto para Pakarí INTA (3,25), siendo similares
dosperma y el rendimiento de bioetanol.
a lo informado por Beltrán & Comba (2012) y por
Los taninos generan efectos adversos en la di­
Barletta et al. (2012) para mostos finales de maíz
gestibilidad del almidón debido a que interac­
y sorgo respectivamente.
túan con las proteínas
(incluyendo enzimas
hidrolíticas), iones metálicos y polisacáridos
CONCLUSIONES
(Strumeyer & Malin, 1975; Rooney & Pflugfel­
Este estudio permitió poner a punto un proce­
der, 1986). Los taninos condensados forman
dimiento para obtener bioetanol a partir del
complejos con las proteínas disminuyendo la di­
grano de sorgo a escala de laboratorio. Se en­
gestibilidad y su calidad nutricional, actúan
contraron diferencias genotípicas en la produc­
como inhibidores de enzimas y de las levaduras
ción de bioetanol, sin embargo no pudieron
(Ramírez, 2014). Wu et al. (2007), encontraron
asociarse a las diferentes características evalua­
que la licuefacción del almidón de lo sorgos con
das del grano. Esta investigación se continuará,
taninos fue más dificultosa y lenta que en los
a fin de comprender los efectos de las propie­
sorgos waxy y normales. Por su parte, Alegre et
dades del almidón y la estructura y función de
al. (2013), informaron que los cultivares de alto
las proteínas en el rendimiento de la producción
contenido en taninos condensados presentaron
de bioetanol a partir del grano de sorgo.
los menores rendimientos de bioetanol. Wang et
AGRADECIMIENTOS
al. (2008) concluyeron que las variedades con
alta concentración de taninos no son una buen
Los autores agradecen a la empresa Porta
opción para la producción de bioetanol. En el
Hnos. S.A. y muy especialmente a la Ing. Nadia
presente trabajo no pudo asociarse el contenido
Comba, por proveernos gentilmente de las enzi­
15
Picca, A., Castaño, M., Isasti, J., Pereyra Cardozo, M.C., Fernández, M. A., Ferrari, E. D., Domínguez, R., y Paccapelo, H.
mas alfa amilasa, glucoamilasa y levaduras uti­
bioetanol en México: tecnologías, avances y
áreas de oportunidad. Revista Mexicana de In­
lizadas en este trabajo. A la Ingeniera Laura
geniería Química, 10, 529­549.
María Giorda, de la Estación Experimental
Dávila­Gómez, F. J., Chuck­Hernández, C., Pérez­Ca­
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