Modelización de la eficiencia, caracterización y control de contaminación bacteriana en un proceso fermentativo continuo de productos de la industria azucarera

Abstract

La producción mundial de energía ha dependido durante décadas de hidrocarburos convencionales, lo que ha generado una crisis energética y la necesidad de transitar hacia fuentes renovables. En Argentina, donde la matriz energética se sustenta mayoritariamente en combustibles fósiles, a partir del año 2006 se registra un déficit en la “balanza comercial energética” que implica que el país se convierte en un importador de estos recursos. Es por ello que desde entonces se han promovido leyes para diversificar la energía mediante biocombustibles como el bioetanol. En nuestra provincia, el bioetanol se obtiene de la caña de azúcar mediante fermentaciones industriales con Saccharomyces cerevisiae como biocatalizador. Durante este proceso, las levaduras están sometidas a múltiples estresores: presión osmótica, oscilaciones de temperatura y pH, déficit de oxígeno en determinados momentos y recirculación continua de la levadura por el sistema Melle-Boinot. Además, estas fermentaciones se realizan en condiciones de cultivo mixto y sin asepsia estricta. Como consecuencia, la contaminación bacteriana es un problema grave en la producción de bioetanol. Los principales contaminantes del proceso son las bacterias ácido lácticas (BALs), las cuales son especialmente preocupantes porque compiten con la levadura por el sustrato y soportan las duras condiciones del proceso, además de secretar metabolitos que inhiben la fermentación y generan problemas operativos, reduciendo la eficiencia. Así, en nuestro estudio se registraron eficiencias de fermentación por debajo del 80%, frente valores superiores al 90% típico de la industria brasilera, y niveles de contaminación por BALs consistentemente superiores a 6 Log UFC/mL (máximo límite tolerable), en diversas etapas, durante las tres zafras analizadas. Para contener la proliferación de contaminación bacteriana, la destilería combina tratamientos ácidos de la levadura recirculada, con la administración de antibióticos, principalmente penicilina G sódica. Sin embargo, la eficacia de este antibiótico se ve comprometida debido a su uso indiscriminado. Así es como, de las cepas aisladas en este trabajo, más del 30% mostró resistencia moderada o completa a penicilina, lo que pone en evidencia la urgencia de alternativas sostenibles. Se identificaron tres cepas altamente resistentes, que se usaron como blancos para ensayos posteriores. En este contexto, los productos de origen vegetal, ampliamente investigados en salud y nutracéutica, emergen como potenciales soluciones. De los 17 productos evaluados, únicamente el extracto comercial de Humulus lupulus, lúpulo, mostró actividad contra las cepas resistentes aisladas. Dado que la importación de este extracto implica elevados costos, se optó por desarrollar un prototipo local a partir de cultivares nacionales de lúpulo cv. Cascade, utilizando tecnología de extracción hidroalcohólica asistida por ultrasonido. El extracto formulado, EELU60, a 350 ppm, demostró en ensayos de laboratorio muy buena actividad antibacteriana: controló la carga bacteriana y la producción de ácido láctico sin dañar el crecimiento de S. cerevisiae ni el rendimiento en etanol, a diferencia de la penicilina. Su eficacia igualó a la del extracto comercial, pero sin el efecto tóxico sobre la viabilidad de la levadura, y lotes de diferentes cosechas (EEL2U60) mantuvieron la misma actividad, lo que apunta a la factibilidad de su estandarización a escala. Este trabajo pone de relieve la escasez de estudios integrales sobre el control de BALs en la fermentación de bioetanol en la provincia y subraya la importancia de soluciones naturales. La optimización del EELU60 constituye una oportunidad para desarrollar un bioproducto regional, estandarizado y de bajo costo, alineado con las necesidades de la industria local.