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Aprovechamiento de materiales lignocelulósicos para la producción de etanol
como carburante
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Miguel A. Medina-Morales
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2011 Volumen 3, No. 6 
Revista Científica de la Universidad Autónoma de Coahuila 
 
 
 
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Aprovechamiento de materiales lignocelulósicos para la producción de 
etanol como carburante 
 
Miguel A. Medina-Morales, Lorena Lara-Fernández, Cristóbal N. Aguilar, Heliodoro de la 
Garza-Toledo* 
 
Depto. de Investigación en Alimentos. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Autónoma de 
Coahuila. Blvd. Venustiano Carranza, 25,000. Saltillo, Coahuila, México. 
*Correo electrónico hegarza_2000@yahoo.com.mx 
 
INTRODUCCIÓN 
La creciente necesidad de disminuir la dependencia hacia el petróleo ha promovido la búsqueda de fuentes alternas 
de energía renovable para la generación de combustibles en gran cantidad y que generen menos contaminación 
atmosférica como es el caso del etanol. Como ejemplo, en nuestro país, en la Ciudad de México, diariamente, 
cuatro millones de vehículos consumen aproximadamente 17.2 millones de litros de gasolina. En años recientes se 
han elaborado mezclas de etanol/gasolina en proporciones de 8%/92% respectivamente, con el propósito de 
aminorar la contaminación. Teniendo en consideración este aspecto, y el hecho de que anualmente las destilerías 
en nuestro país producen 53 millones de litros de etanol, si se destinara esa cantidad de etanol para elaborar 
combustible en las proporciones mencionadas, solamente habría abasto para cinco semanas en la Ciudad de 
México (González-César, 2002, y Hernández-Salas et al., 2009). 
 
Actualmente Brasil y Estados Unidos utilizan etanol como combustible, obteniéndolo de caña de azúcar y de 
almidón de maíz respectivamente. Independientemente de la efectividad del maíz y caña de azúcar como materia 
prima para la producción de etanol, en el caso de maíz, usado también como alimento, su valor aumenta y los 
derivados que se encuentran normalmente comercializados aumentarán su valor (Dunnet y Shah, 2007). Otro 
material que es de interés para la producción de etanol es la lignocelulosa, ya que está compuesta principalmente 
de tres polímeros: lignina, hemicelulosa y celulosa, siendo estas dos últimas las aprovechables para la producción 
de etanol ya que su composición total corresponde a azúcares los cuales en su mayoría pueden ser convertidos a 
etanol (Kumar et al., 2010). 
 
Lignocelulosa 
Los componentes principales de naturaleza polisacárida que conforman el material lignocelulósico son de dos tipos, 
la celulosa y la hemicelulosa, los cuales están asociados unos con otros (Fengel y Wegener, 1984). 
 
COMPOSICIÓN DEL MATERIAL LIGNOCELULÓSICO 
 
Celulosa 
En su mayoría, los carbohidratos presentes en la naturaleza se encuentran en forma de polisacáridos, estos no 
solamente están compuestos por azúcares unidos por enlaces glicosídicos, sino también pueden contener 
estructuras sacáridas poliméricas unidas por enlaces covalentes a aminoácidos, péptidos, proteínas, lípidos y otras 
estructuras (Pérez et al., 2002). 
La celulosa es el polímero más abundante de la naturaleza, recibe el nombre de biopolímero ya que forma parte de 
estructuras biológicas vegetales. Su estructura está formada por monómeros de glucosa unidos por enlaces en el 
carbono 1 y el carbono 4 por medio de una unión β, es de peso molecular alto. (Laureano-Perez, 2005). 
 
Hemicelulosa 
La hemicelulosa es una estructura compleja de carbohidratos que consiste de diferentes polímeros, tales como: 
pentosas (xilosa y arabinosa), hexosas (glucosa, manosa y galactosa), y ácidos urónicos. El componente 
hemicelulósico principal de algunos materiales vegetales como maderas duras son los xilanos y en maderas suaves 
el glucomamano. Este polímero es de peso molecular más bajo que la celulosa y contiene ramificaciones con 
cadenas laterales cortas de azúcares diferentes fácilmente hidrolizables (Hendriks y Zeeman, 2009). 
Los polisacáridos estructurales tienen propiedades dramáticamente diferentes a los polisacáridos de almacén de 
energía (almidón), aunque su composición puede ser similar a estos. Estos polisacáridos estructurales se 
encuentran en las paredes celulares de todas las plantas; es uno de los principales componentes que proveen 
estructura y fuerza. La celulosa es un homopolímero lineal de glucosa similar a una α-amilosa del almidón. La 
diferencia estructural que existe entre ellas, la cual altera completamente las propiedades del polímero, es que en la 
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celulosa las unidades de glucosa están unidas por enlaces β 1-4 y en la α-amilosa el enlace es α 1-4. La 
conformación más estable conferida por enlaces glucosídicos es dada por el enlace β 1-4, ya adopta que una 
conformación extendida, referida como un listón extendido. La posición de los polímeros de esas cadenas permite 
un eficiente interencadenamiento por medio de puentes de hidrógeno, que es la base de la fuerza de la celulosa 
(Garret y Grisham, 1996). 
 
Lignina 
Después de la celulosa y hemicelulosa, la lignina es uno de los polímeros más abundantes en la naturaleza. Es un 
heteropolímero amorfo que consiste de tres diferentes unidades fenilpropano (p-coumaril, coniferil y alcohol sinapil) 
unidos por diferentes tipos de enlaces. El principal propósito de la lignina es dar soporte estructural a la planta, 
impermeabilidad y resistencia a ataques microbianos o a stress oxidativo. Este polímero es insoluble en agua y 
ópticamente inactivo, en conjunto hace que la degradación de la lignina sea difícil (Fengel y Wegener, 1984). 
 
Lignocelulosa en la industria de combustibles 
Se considera actualmente a los materiales lignocelulósicos como materia prima para la producción de etanol en un 
futuro próximo. Para aprovechar estos materiales es necesario llevar a cabo principalmente tres procesos: 
Pretratamiento: mediante diversos procesos, favorecer la hidrólisis de los compuestos de naturaleza de 
polisacáridos. 
Hidrólisis del material: la generación de azúcares monoméricos derivados ya sea de la celulosa o hemicelulosa. Esta 
puede ser llevada a cabo por vía química (ácidos o álcalis) o por vía enzimática siendo esta última la más estudiada. 
Producción de etanol. Con los azúcares simples generados de la hidrólisis, usando cepas etanologénicas 
(Saccharomyces cerevisiae o Zymomonas mobilis), mediante su metabolismo generar etanol. 
 
PRETRATAMIENTOS 
Para poder procesar adecuadamente los materiales lignocelulósicos es necesario someterlos a pretratamientos para 
poder favorecer la hidrólisis de la celulosa para generar azúcares fermentables mediante el uso de celulasas. La 
lignocelulosa es altamente resistente a la hidrólisis, ya que el conjunto de celulosa, hemicelulosa y lignina, están 
unidos entre sí por enlaces covalentes, diversos puentes intermoleculares y fuerzas de van der Waals (Kumar et al., 
2010). El fin de someter a pretratamientos al material vegetal es facilitar la hidrólisis principalmente de la celulosa ya 
que la conformación natural, llamada cristalina, es muy resistente a la hidrólisis. Los pretratamientos promueven la 
generación de regiones amorfas en la celulosa las cuales son más susceptibles a la hidrólisis (Hu y Wen, 2008). 
Existen diversos procesos para llegar al mismo fin, donde el proceso va desde un tratamiento mecánico, como la 
reducción de tamaño de partícula para aumentar el área de superficie de hidrólisis y disminuir el grado de 
polimerización de los compuestos (Palmowski y Mueller, 1999). También se usan tratamientos térmicos donde el 
efecto es que a altas temperaturas (150 – 180 °C) la hemicelulosa y lignina comienzan a solubilizarse dejando a la 
celulosa más expuesta para ser hidrolizada. Se han usado tratamientos ácidos y alcalinos, los cuales promueven de 
igual manera la solubilización de la lignina y principalmente la hemicelulosa teniendo el mismo propósito que el 
tratamiento térmico. También se puede optar por tratamientos oxidativos, donde se agregan agentes oxidantes 
como ácido peracético, peróxido de hidrógeno u ozono, donde el objetivo es afectar la lignina y hemicelulosa y 
promover la accesibilidad a la celulosa para su hidrólisis. A excepción de los tratamientos mecánicos, los 
tratamientos químicos (ácidos, álcalis u oxidación) se pueden combinar con los térmicos para poder aumentar la 
susceptibilidad de la celulosa a la hidrólisis (Hendriks y Zeeman, 2009). A continuación se muestra el cuadro (1) con 
algunos ejemplos de pretratamientos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Cuadro 1.- Ejemplos de pretratamientos a materiales lignocelulósicos. 
Métodos Procedimientos Referencia 
Pulverizado 
mecánico Molienda 
Sun y Cheng, 
2002 
 
Pirólisis Temp. > 300 °C 
Yu y Zhang, 
2003 
 
Explosión a vapor 
Vapor saturado a 160 - 260 °C, p= 0.69 - 4.85 MPa por unos segundos o 
minutos y liberación de presión hasta presión atmosférica 
Söderströmet 
al., 2003 
 
Agua líquida 
caliente Agua caliente a presión T= 170 - 230 °C 1 - 46 min Lyndet al., 2002 
 
Explosión de fibra 
con amoniaco 1 - 2 Kg de amoniaco/kg de material seco 90 °C/30 min 
Chundawatet 
al., 2007 
 
Explosión con 
CO2 4 kg de CO2/kg de material p= 5.62 MPa 
Sun y Cheng, 
2002 
 
Ozonólisis Ozono a temperatura y presión ambiente 
Sun y Cheng, 
2002 
 
Hidrólisis con 
ácido diluido H2SO4, HCl, HNO3 1-5% (T= 120 - 160 °C 1, MPa 
Rodríguez-
Chong et al., 
2004 
 
Hidrólisis con 
ácido concentrado H2SO4 10 - 30%, ácido peracético 21 - 60% (T= 170 - 190 °C) 
Teixeira et al., 
1999 
 
Hidrólisis alcalina NaOH diluido, 24 h/60 °C 
Sun y Cheng, 
2002 
 
Organosolventes Solventes orgánicos y su mezcla con 1% de H2SO4 y HCl Lynd et al., 2002 
 
Una vez que se haya encontrado el pretratamiento adecuado para el material con el que se va a trabajar, se 
procede a hidrolizar el material para generar azúcares monoméricos. 
 
Aspectos biotecnológicos involucrados en la hidrólisis de celulosa y hemicelulosa 
La hidrólisis de la celulosa y la hemicelulosa se lleva a cabo por vía química usando ácidos o álcalis, o bien, por vía 
enzimática. Esta última ha cobrado mucha importancia ya que es un proceso poco agresivo para el material y para 
el medio en el que se trabaja. El único requerimiento para la hidrólisis enzimática es ajustar las condiciones, como el 
pH y la temperatura para que el proceso enzimático se lleve a cabo adecuadamente. Las enzimas son moléculas de 
naturaleza proteica las cuales catalizan reacciones químicas. Entre las características de interés en la utilización de 
enzimas se mencionan las siguientes: Tasas altas de conversión de sustrato a producto. Las reacciones enzimáticas 
se pueden llevar a cabo a condiciones experimentales poco agresivas, además que son altamente selectivas por 
sus sustratos en mezclas complejas. También es capaz de llevar a cabo reacciones regioselectivas, esto es que son 
capaces de localizar un grupo químico específico. También posee la capacidad de ser estereoselectiva, la cual es la 
capacidad de una enzima para actuar selectivamente en un solo enantiómero o diastereómero, además de que no 
se presentan reacciones secundarias. La actividad de la enzima puede ser regulada por la presencia de activadores 
o inhibidores. Un aspecto muy importante es que se les considera a estas reacciones como amigables al medio 
ambiente (Pandey et al., 2008). Debido a estas razones ha proliferado la utilización de enzimas para la conversión 
de la celulosa a unidades de glucosa implicando la acción de un consorcio enzimático de celulasas (Lara-
Fernández, 2007). 
El consorcio enzimático celulolítico se puede obtener por vía fúngica mediante la inducción del hongo filamentoso 
Trichoderma, ya que se ha reportado a este género como productor de celulasas (Kumar et al., 2008). Las enzimas 
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también son producidas por otros hongos y bacterias aeróbicas y anaeróbicas, mesófilas o termófilas; sin embargo, 
sólo algunos microorganismos producen la enzima celulasa de manera extracelular y pocos muestran alto potencial 
para sintetizar enzimas celulolíticas.Trichoderma reesei es una de las mejores fuentes del sistema de celulasas, en 
especial de endo y exoglucanasa, aunque su producción de β-glucosidasa es baja (Gupte y Madamwar, 1997). 
Existen diversas cepas microbianas capaces de producir enzimas para degradar materiales lignocelulósicos. Se han 
usado principalmente hongos filamentosos para la degradación de materiales lignocelulósicos y para la producción 
de enzimas degradantes de celulosa y hemicelulosa; entre ellos destacan Trichoderma harzianum T4 y T6, 
Achrophialophoranainiana y Humicola griseavar. Thermoidea sobre residuos de plátano donde mostraron gran 
capacidad de consumo de los carbohidratos presentes en las cáscaras (Medeiroset al., 2000); según los autores el 
complejo enzimático permitió depolimerizar la celulosa y hemicelulosa para generar azúcares fermentables, no 
obstante demostraron que predomina la xilosa, la cual no es fermentada a etanol por Saccharomyces cereviseae 
(Petterson et al., 2007). Este tipo de inconvenientes puede ser resuelto al emplear algunas levaduras capaces de 
producir etanol a partir de xilosa, como lo son Pichia stipitis y Candida shehatae (Delgeneset al., 1996). Esta gama 
de aplicaciones de las enzimas o complejos celuloliticos, ha permitido impulsar su mercado de hidrólisis de la 
celulosa y hemicelulosa con la finalidad de obtener algún compuesto de valor agregado. Existen diversos complejos 
comerciales que se usan para la degradación de material lignocelulósico, principalmente enfocado a la celulosa y 
hemicelulosa. 
 
Cuadro 2.- Complejos enzimáticos usados para la degradación de lignocelulosa. 
Preparaciones enzimáticas comerciales (Hernández-Salas et al., 2009) 
Pulpzyme HC: Preparación líquida producida por una cepa genéticamente modificada de Bacillus sp. por fermentación 
sumergida con una actividad de 1000 UX (unidades xilanasa por gramo) 
 
Cellubrix L: Preparación líquida de celulasa y celobiasa producidas por una cepa de Trichoderma longibrachatum y 
una cepa de Aspergillus niger en fermentaciones separadas. 
 
Novozyme: Preparación líquida producida por una cepa genéticamente modificada de Aspergillus sp. en fermentación 
sumergida que contiene endoglucanasa y posee actividad de 5000 UEG/g (unidades endoglucanasa por gramo) 
 
Celluclast: Preparación líquida de celulasa producida en fermentación sumergida por una cepa de Trichoderma reesei 
con una actividad de 700 UEG/g 
 
Viscozyme: Es una preparación líquida de un complejo multi-enzimático de arabinasa, β-glucosidasa, celulasa y 
xilanasa producidas por una cepa de Aspergillus aculeatus con una actividad de 100 UβG/g (unidades β-glucosidasa 
por gramo) 
 
Una vez que se obtenga la mayor cantidad posible de azúcares monoméricos fermentables (xilosa y principalmente 
glucosa), se procede a la producción de etanol. 
 
PRODUCCIÓN DE ETANOL 
Los azúcares monoméricos y fermentables generados por la hidrólisis enzimática pasan a ser metabolizados por 
microorganismos que produzcan etanol. La glucosa liberada de la celulosa es convertida a etanol por bacterias o 
levaduras, teniendo como ejemplos Zymomonas mobilis (Ruanglek et al., 2006) o Saccharomyces cerevisiae (Ayala-
Sarmiento y Escamilla-Silva, 2007) respectivamente mediante la glucólisis (Fig. 1). 
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Figura 1. Ruta metabólica productora de etanol. 
 
Existe interés en aprovechar al máximo los azúcares proporcionados por el material lignocelulósico, donde se busca 
aprovechar la xilosa (derivada de la hemicelulosa) para la producción de etanol y así aumentar los rendimientos. 
Una problemática de los microorganismos comúnmente usados para la producción de etanol es la incapacidad de 
producirlo usando este azúcar ya que su metabolismo carece de enzimas necesarias para la degradación de este 
azúcar (Liuet al., 2005). Levaduras como el caso de Pichia stipitis son capaces de producir etanol a partir de xilosa 
(Delgenes et al., 1996), y se han elaborado trabajos donde se busca insertar genes de este microorganismo a 
Sacchahomyces cerevisiae (Liuet al., 2005, Songet al., 2009) así como la inserción de genes a la bacteria 
Zymomonas mobilis originarios de Xanthomona sp (Gunasekaran y Chandraraj, 1999). 
 
CONCLUSIONES 
El aprovechamiento de los lignocelulósicos es redituable ya que principalmente se aprovechan residuos 
agroindustriales o plantas que no tienen uso importante en la sociedad con el fin de generar combustibles, por eso 
se le considera a esta fuente de materia prima como fuente renovable de energía. La gran biodiversidad vegetal con 
la que cuenta nuestro país puede ser aprovechada, ya que con el cuidado e información necesaria, conservar o 
mejorar los ecosistemas de donde se obtenga la materia prima además de que representa una fuente de empleo ya 
que esta la industria de los biocombustibles abarca muchas áreas de trabajo promoviendo una mejora económica y 
tecnológica en distintos niveles ya sea a nivel industrial o de investigación. 
 
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