Revista de tecnología microbiana y bioquímica

Abstracto

Los biocidas orgánicos bromados controlan las bacterias productoras de ácido láctico en las matrices de fermentación del bioetanol

Christopher L. Wiatr1*, Julie Bazzell2, Rita deCassia Bortolo Porto3

Cada día se fabrican más de un millón de barriles de bioetanol mediante la fermentación de biomasa vegetal. Dado que la fabricación de bioetanol no es aséptica, la adición de agentes antimicrobianos es de suma importancia para proteger la fracción de etanol de las bacterias del ácido láctico (BAL) que pueden crecer en el entorno ácido del proceso, contaminar el sistema y convertir el etanol en ácidos orgánicos invendibles. Por lo general, se aplican antibióticos. Desafortunadamente, los antibióticos son químicamente estables y se transmiten a lo largo del proceso y contaminan los sólidos, llamados granos secos de destilería con solubles (DDGS), que se recogen después de la destilación y se venden como alimento para ganado, cerdos y aves de corral. Esta investigación evaluó la eficacia de los métodos antimicrobianos alternativos. Se investigaron los biocidas bromados de rápida eliminación, 2,2-DiBromo-3-Nitrilo-PropionAmida (DBNPA) y 2-Bromo-2-Nitrilo-Propano-1,3-Diol (BNPD), como agentes antimicrobianos para controlar las bacterias viables productoras de ácido Lactobacillus plantarum y Acetobacter cerevisiae que comúnmente infectan la fermentación del bioetanol. En un estudio de planta piloto en el que se fermentó maíz para obtener etanol utilizando levadura, se descubrió que el DBNPA era eficaz contra estas bacterias en una dosis-respuesta escalonada de 25 mg/L a 200 mg/L, con una dosis óptima que alcanzaba los 200 mg/L. Sin embargo, el BNPD no fue eficaz a 25 mg/L, pero sí a 100 mg/L y 200 mg/L. Luego, los bromcidas orgánicos se utilizaron para ensayos de campo en una planta industrial de conversión de maíz en etanol. El DBNPA mató 3 log ₁₀ LAB y casi 3 log ₁₀ bacterias heterotróficas totales a una dosis de 100 mg/L, mientras que el BNPD tuvo una eliminación que se acercó a 2 log ₁₀ para LAB y bacterias heterotróficas totales a la misma dosis. En una planta de caña de azúcar, los bromcidas orgánicos a 100 mg/L fueron efectivos en el jarabe de caña y el DBNPA superó al BNPD; sin embargo, las dosis más bajas de ambos biocidas no lo fueron. Durante los ensayos, los antibióticos empleados en dosis de aplicación típicas dieron como resultado efectos comparativamente insatisfactorios, disminuyendo las LAB o la población total de bacterias solo un log ₁₀ ( en comparación con. controles). Además, durante las pruebas bioquímicas de purés de maíz de fermentación infectados por LAB que crecieron 62 horas, las dosis de DBNPA a ≥ 100 mg/L redujeron significativamente el nivel final de ácido láctico 14 veces, y eliminaron por completo el efecto de la infección bacteriana en el rendimiento de etanol. DBNPA no tuvo efectos adversos en la tasa de producción de etanol, aumentando el rendimiento de etanol un 2%. Una adición de solo 0,5% en el rendimiento de bioetanol se valora en aproximadamente $4 millones de producción adicional en una planta de 50 MGY. Además, dado que anteriormente se encontró analíticamente que DBNPA se degrada en coproductos de fermentación y no alcanza los DDGS, este bromicida orgánico eficaz como microbicida también puede proporcionar una alternativa exitosa a los antibióticos para controlar las infecciones bacterianas en la producción de etanol combustible y, por lo tanto, ayudar a eliminar los antibióticos de la cadena alimentaria, evitando el desarrollo de resistencia a los antibióticos.