Bioethanol Production from Yam (Dioscorea Rotundata) Using Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF)
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Yam is a starchy tuber mainly used in food preparation but with high potential applications in other fields such as pharmaceutical and bioplastic production. Colombia is among the top twelve yam producing countries worldwide and ranked first in terms of yield of tons per hectare planted. Yam production has specifically been concentrated in the Caribbean region, which is why this tuber is very little known in the inland regions. In this study, we evaluated Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) for bioethanol production from yam (Dioscorea rotundata) using Saccharomyces bayanus. Ethanol production technologies involve the fermentation and hydrolysis of consumable raw materials (i.e., sugar cane and corn) which are quite mature around the world. For this reason, the process under analysis combined three phases: 60 min of gelatinization, enzymatic hydrolysis (divided into 40 min of liquefaction with α-amylase and 20 min of saccharification with glucoamylase), and 27 h of fermentation with no enzyme recovery. We used different yam concentrations (10, 12.5, 15, and 18 % w/w) in a wet basis. SSF was monitored along time, and total reducing sugars and ethanol concentration were quantified. The hydrolysis yield, was calculated based on the theoretical starch available in the tuber, was 90 % of starch mass for samples with a yam concentration of 10 and 15 % w/w. Regarding ethanol, the best result (a productivity of 0.19 g/Lh-1) was obtained with the sample with a yam concentration of 10 % w/w. Therefore, yam is a starchy material suitable to produce bioethanol via SSF.
El ñame es un tubérculo de almidón utilizado principalmente en alimentos, pero con un alto potencial de aplicaciones en otros campos, como la farmacéutica y la producción de bioplásticos. Colombia se encuentra entre los 12 países con la mayor producción mundial de ñame, ocupando el primer lugar en rendimiento de toneladas por hectárea plantada. La producción de ñame se ha ubicado explícitamente en la región del Caribe, y es muy poco conocida en el interior del país. Este estudio evaluó el proceso simultáneo de sacarificación y fermentación (SSF) para la producción de bioetanol a partir de ñame (Dioscorea rotundata) como materia prima utilizando la cepa de levadura Saccharomyces bayanus. Las tecnologías de producción de etanol hacen referencia a procesos de fermentación e hidrólisis de materias primas comestibles (caña de azúcar y maíz), las cuales, a nivel mundial, están bastante maduras. Por esta razón, el proceso evaluado implicó la combinación de tres pasos: 60 min de gelatinización, hidrólisis enzimática (dividida en 40 min de licuefacción con α-amilasa y 20 min de sacarificación con glucoamilasa) y 27 h de fermentación sin recuperar las enzimas añadidas. Se usaron concentraciones de 10 %, 12.5 %, 15 % y 18 % p/p de ñame en base húmeda y el monitoreo de la SSF se realizó a lo largo del tiempo de fermentación, cuantificando la concentración de azúcares reductores totales y etanol. El rendimiento de hidrólisis fue del 90 % de la masa de almidón para las concentraciones de solidos de 10 % y 15 % p/p, basado en el almidón teórico disponible en el tubérculo. Para el etanol, el mejor resultado fue de 0.19 g/Lh-1 de productividad para el ensayo de 10 % p/p de concentración de sólidos. Por lo tanto, el ñame es un material amiláceo adecuado para producir bioetanol mediante un proceso de SSF.
El ñame es un tubérculo de almidón utilizado principalmente en alimentos, pero con un alto potencial de aplicaciones en otros campos, como la farmacéutica y la producción de bioplásticos. Colombia se encuentra entre los 12 países con la mayor producción mundial de ñame, ocupando el primer lugar en rendimiento de toneladas por hectárea plantada. La producción de ñame se ha ubicado explícitamente en la región del Caribe, y es muy poco conocida en el interior del país. Este estudio evaluó el proceso simultáneo de sacarificación y fermentación (SSF) para la producción de bioetanol a partir de ñame (Dioscorea rotundata) como materia prima utilizando la cepa de levadura Saccharomyces bayanus. Las tecnologías de producción de etanol hacen referencia a procesos de fermentación e hidrólisis de materias primas comestibles (caña de azúcar y maíz), las cuales, a nivel mundial, están bastante maduras. Por esta razón, el proceso evaluado implicó la combinación de tres pasos: 60 min de gelatinización, hidrólisis enzimática (dividida en 40 min de licuefacción con α-amilasa y 20 min de sacarificación con glucoamilasa) y 27 h de fermentación sin recuperar las enzimas añadidas. Se usaron concentraciones de 10 %, 12.5 %, 15 % y 18 % p/p de ñame en base húmeda y el monitoreo de la SSF se realizó a lo largo del tiempo de fermentación, cuantificando la concentración de azúcares reductores totales y etanol. El rendimiento de hidrólisis fue del 90 % de la masa de almidón para las concentraciones de solidos de 10 % y 15 % p/p, basado en el almidón teórico disponible en el tubérculo. Para el etanol, el mejor resultado fue de 0.19 g/Lh-1 de productividad para el ensayo de 10 % p/p de concentración de sólidos. Por lo tanto, el ñame es un material amiláceo adecuado para producir bioetanol mediante un proceso de SSF.