Ácido láctico a partir de subproductos vitivinícolas
Producción de ácido láctico a partir de sarmientos de poda y lías de vinificación.
EL PROYECTO BIOVINO HA OBTENIDO ÁCIDO LÁCTICO A PARTIR DE SARMIENTOS Y LÍAS DE VINO
¿Qué es el ácido láctico?
El ácido láctico es un ácido orgánico de tres átomos de carbono que está presente en la naturaleza y en diversos alimentos como el yogur, la masa de pan, los encurtidos o el vino. Este ácido se genera mediante fermentaciones llevadas a cabo principalmente por bacterias de los órdenes Lactobacillales y Bacillales. En este proceso fermentativo, los azúcares son transformados en ácido láctico.
¿Para qué sirve el ácido láctico?
El ácido láctico se emplea fundamentalmente en la industria alimentaria como acidulante, conservante, aromatizante, emulgente y regulador del pH. Además, sus propiedades humectantes, exfoliantes y antimicrobianas son muy apreciadas por la industria cosmética. Su utilización en la industria química como producto base permite la síntesis de acetaldehído, ácido acrílico o lactato de etilo, entre otros compuestos. Asimismo, el ácido láctico es la materia prima utilizada para fabricar el ácido poliláctico (PLA), un tipo de bioplástico.
Los sarmientos de poda: un subproducto vitivinícola lignocelulósico
Los sarmientos son el subproducto vitivinícola más importante en cuanto a volumen generado, pues representan el 93% de los residuos sólidos originados en la viticultura y su producción asciende a 1,4-2,0 t/ha. Según la FAO, en el año 2019 la superficie dedicada a viñedos fue de 936.890 ha en España y 178.780 ha en Portugal. España y Portugal ocupan los puestos primero y décimo a nivel mundial, respectivamente, en términos de área dedicada al cultivo vitivinícola.
Los sarmientos, como biomasa vegetal lignocelulósica, están constituidos principalmente por celulosa, hemicelulosa y lignina. La celulosa y la hemicelulosa son fibras de naturaleza polisacarídica, es decir, se trata de largas cadenas de moléculas de azúcares. Los eslabones de estas cadenas se pueden separar mediante un pretratamiento físico-químico o enzimático, liberando así los azúcares que las componenen (glucosa, xilosa, arabinosa, etc.).
¿Qué son las lías del vino?
Las lías de vinificación son un residuo líquido y viscoso compuesto de agua y de los materiales decantados durante la fermentación del vino. Equivalen a un 1,5% del peso de la uva procesada y están formadas por una cantidad importante de levaduras agotadas. Contienen en torno a 10 g/L de nitrógeno total (NT), por lo que podrían utilizarse como fuente de nitrógeno orgánico para diversos procesos microbianos.
Producción de ácido láctico a partir de sarmientos y lías de vino
En el proyecto Biovino se investigó el uso de los sarmientos como fuente de azúcares para obtener ácido láctico mediante fermentación, utilizando lías de vino como único suplemento alimentario de los microorganismos durante este proceso fermentativo.
Los sarmientos contenían un 49 % de carbohidratos, incluyendo un 33 % de celulosa y un 11 % de hemicelulosa. En primer lugar, se evaluaron varios pretratamientos (ácidos y alcalinos), seguidos de una hidrólisis enzimática, para liberar los azúcares de la biomasa. Se adoptó un pretratamiento ácido empleando H2SO4 (1.72% p/p), el cual, mediante un proceso de optimización estadística, permitió obtener un caldo con 40 g/L de azúcares y bajas concentraciones de inhibidores de la fermentación (ácido acético, ácido fórmico o furfural).
A continuación, ese caldo se fermentó con tres cepas diferentes de bacterias: una de la especie Bacillus coagulans y dos de la especie Geobacillus stearothermophilus. Todas ellas se caracterizan por su capacidad de crecer a altas temperaturas (50-60 °C) y por presentar requisitos nutricionales poco exigentes.
Los mejores resultados se obtuvieron con la cepa de la especie Bacillus coagulans. Para comenzar, se empleó extracto de levadura como fuente de nitrógeno y se comprobó que con este microorganismo se obtenían 29,8 g/l de ácido láctico, lo que supone un rendimiento del 93 %. Finalmente, el extracto de levadura se sustituyó por un concentrado de lías de vino, tanto tinto como blanco. Ambos tipos de lías resultaron muy eficaces como fuente de nitrógeno en la fermentación de los hidrolizados de sarmientos, ya que B. coagulans consiguió producir 29,2 g/l de ácido láctico con las lías de vino tinto y 29,1 g/l de ácido láctico con las lías de vino blanco al cabo de 24 h de fermentación.
Conclusiones
El proceso de optimización del pretratamiento ácido de los sarmientos permitió obtener un caldo directamente fermentable, si bien las concentraciones de ácido láctico obtenidas (~30 g/l) no son muy atractivas desde el punto de vista industrial. No obstante, se ha visto que la cepa termotolerante B. coagulans tiene interesantes características, como son su capacidad de crecer en entornos aerobios no estériles, su facilidad para usar lías como fuente de nitrógeno o la alta proporción del isómero L(+) en su producción del ácido láctico (este isómero es el que se utiliza en la industria alimentaria).
Más información
Enlace al artículo en la revista: https://doi.org/10.1007/s00253-021-11693-1.
Enlace al repositorio de acceso abierto (prepublicación): https://doi.org/10.5281/zenodo.5723325.