Uso de residuos provenientes del proceso de industrialización de la yuca para la
producción de ácido láctico
Natalia Luna, Fabiola Chaves y Joselyn Pérez
Resumen
Los residuos agroindustriales de yuca representan un 40% del total de la producción nacional, estos residuos
contienen un alto nivel de almidón, lo cual los convierte en aprovechables en su uso como sustrato para
procesos de fermentación para la obtención de compuestos de interés industrial, generando de esta manera una
contribución al desarrollo sostenible y la bioeconomía. El objetivo principal de esta investigación consiste en
establecer un bioproceso para la producción de ácido láctico mediante fermentaciones empleando desechos
agroindustriales de yuca como sustrato. Se propone analizar el contenido de almidón y azúcares simples
obtenidos de este sustrato luego del proceso de hidrólisis enzimática. Además, aislar y evaluar cepas
bacterianas productoras de ácido láctico obtenidas a partir de yogurt comercial. Posteriormente la evaluación de
fermentaciones con distintas concentraciones de harina de yuca como sustrato, para la producción de ácido
láctico, su separación, purificación y cuantificación mediante técnicas de HPLC.
Palabras clave: residuos agroindustriales, yuca, almidón, sacarificación, fermentación y ácido láctico
Justificación
Los cultivos de yuca son considerados una fuente principal de alimentación para millones de personas,
para el año 2014 la producción mundial de este cultivo fue mayor a los 270 millones de toneladas, de los cuales
el 15.6 % fueron producidos en América. Esto representó para nuestro país una producción para ese año de
175500 toneladas, de esta producción se generan porcentajes de pérdida del 40% al no cumplir con las
especificaciones de calidad para exportación y consumo fresco como lo son el tamaño, despunte, deformidades,
o daños en la piel del tubérculo (Aguilar et al., 2017; Sánchez 2007), generando de esta manera elevadas
pérdidas económicas anualmente y una cantidad considerable de desechos.
Es por esta razón, que se busca mediante la implementación de un bioproceso un uso alternativo para
la yuca de consumo no humano, así como los residuos generados de esta, que permita la revalorización del
mismo, esto mediante el aprovechamiento del almidón presente en este cultivo como materia prima para la
producción de ácido láctico a partir de fermentaciones. Uno de los mayores desafíos de la producción de ácido
láctico actualmente es el elevado costo de las fuentes de carbono (Nagarajan et al., 2022). El almidón presente
en los residuos de yuca puede ser hidrolizado para obtener glucosa y ser utilizada como fuente de carbono,
reduciendo de esta forma el costo de esta etapa del proceso.
, El ácido láctico posee una gran diversidad de aplicaciones en industrias como la alimentaria,
farmacéutica, cosmética, química, entre otras (Zwiercheczewski et al., 2022).En 2020 su valor comercial a nivel
global fue estimado en $2.7 billones y se espera que para el año 2027 aumente a $9.5 billones. Del 2020 al
2027 se espera un aumento en el mercado de 22.4% en China, 15.4% en Canadá, 13% en Japón y 13.9% en
Alemania (Nagarajan et al., 2022; Zwiercheczewski et al., 2022). Por lo tanto, el objetivo de esta investigación se
basa en el uso de residuos agroindustriales de yuca como fuente de carbono para la producción de un
compuesto de alto valor comercial.
Marco teórico
Revalorización de residuos y estrategia de bioeconomía
Los residuos agroindustriales pueden utilizarse como materia prima para la generación de otros
productos con valor económico, llevando así a la revalorización de estos. En Costa Rica, gran cantidad de
residuos agroindustriales corresponden a la producción de yuca, esta representa un 77% de la producción de
tubérculos y raíces, siendo el cultivo con mayor área sembrada y producción obtenida, con 11 161,1 hectáreas y
97 201 toneladas anuales respectivamente (INEC, 2020). Sin embargo, el cultivo de yuca presenta diversas
desventajas, entre ellas: altos niveles de compuestos cianogénicos, bajo contenido de proteínas y
micronutrientes y una vida útil postcosecha corta; ya que una vez que la yuca es cosechada su calidad
comienza a deteriorarse en 1-3 días y este rápido deterioro fisiológico postcosecha (PPD) se convierte en una
limitación para la producción comercial y en una amenaza ambiental al generar una gran cantidad de residuos
agroindustriales (Li et al., 2017).
Características del almidón
La yuca presenta un elevado contenido de almidón (90% en peso seco), es rica en vitamina C,
carotenoides y minerales (Li et al., 2017; Zhang et al., 2016). El almidón de yuca está compuesto por 0.03-
0.29% de ceniza, 0.06-0.75% de proteína, 0.01-1.2% de lípidos 0.0029–0.0095% de fósforo y 0.11-1.9% de fibra
(Wang et al., 2022). Este polisacárido es la materia prima renovable más abundante y es digerida fácilmente por
microorganismos en comparación con sustratos lignocelulósicos (Fu et al., 2022), lo cual convierte a la yuca y
sus residuos en un cultivo con un gran potencial para utilizarse como sustrato en fermentaciones para la
generación de diversos productos.
El almidón obtenido a partir de fuentes renovables es una alternativa valiosa como sustrato para la
generación de productos de valor agregado, debido a su conversión en azúcares simples como dextrina,
maltosa y glucosa (Wakai et al., 2014). Por esta razón, la hidrólisis enzimática es de gran importancia, basado
en tres etapas gelatinización, la cual consiste en la suspensión de almidón a temperaturas alrededor de los 100
°C, licuefacción en la cual se emplean enzima α-amilasa a alrededor de los 95°C para la conversión de almidón
producción de ácido láctico
Natalia Luna, Fabiola Chaves y Joselyn Pérez
Resumen
Los residuos agroindustriales de yuca representan un 40% del total de la producción nacional, estos residuos
contienen un alto nivel de almidón, lo cual los convierte en aprovechables en su uso como sustrato para
procesos de fermentación para la obtención de compuestos de interés industrial, generando de esta manera una
contribución al desarrollo sostenible y la bioeconomía. El objetivo principal de esta investigación consiste en
establecer un bioproceso para la producción de ácido láctico mediante fermentaciones empleando desechos
agroindustriales de yuca como sustrato. Se propone analizar el contenido de almidón y azúcares simples
obtenidos de este sustrato luego del proceso de hidrólisis enzimática. Además, aislar y evaluar cepas
bacterianas productoras de ácido láctico obtenidas a partir de yogurt comercial. Posteriormente la evaluación de
fermentaciones con distintas concentraciones de harina de yuca como sustrato, para la producción de ácido
láctico, su separación, purificación y cuantificación mediante técnicas de HPLC.
Palabras clave: residuos agroindustriales, yuca, almidón, sacarificación, fermentación y ácido láctico
Justificación
Los cultivos de yuca son considerados una fuente principal de alimentación para millones de personas,
para el año 2014 la producción mundial de este cultivo fue mayor a los 270 millones de toneladas, de los cuales
el 15.6 % fueron producidos en América. Esto representó para nuestro país una producción para ese año de
175500 toneladas, de esta producción se generan porcentajes de pérdida del 40% al no cumplir con las
especificaciones de calidad para exportación y consumo fresco como lo son el tamaño, despunte, deformidades,
o daños en la piel del tubérculo (Aguilar et al., 2017; Sánchez 2007), generando de esta manera elevadas
pérdidas económicas anualmente y una cantidad considerable de desechos.
Es por esta razón, que se busca mediante la implementación de un bioproceso un uso alternativo para
la yuca de consumo no humano, así como los residuos generados de esta, que permita la revalorización del
mismo, esto mediante el aprovechamiento del almidón presente en este cultivo como materia prima para la
producción de ácido láctico a partir de fermentaciones. Uno de los mayores desafíos de la producción de ácido
láctico actualmente es el elevado costo de las fuentes de carbono (Nagarajan et al., 2022). El almidón presente
en los residuos de yuca puede ser hidrolizado para obtener glucosa y ser utilizada como fuente de carbono,
reduciendo de esta forma el costo de esta etapa del proceso.
, El ácido láctico posee una gran diversidad de aplicaciones en industrias como la alimentaria,
farmacéutica, cosmética, química, entre otras (Zwiercheczewski et al., 2022).En 2020 su valor comercial a nivel
global fue estimado en $2.7 billones y se espera que para el año 2027 aumente a $9.5 billones. Del 2020 al
2027 se espera un aumento en el mercado de 22.4% en China, 15.4% en Canadá, 13% en Japón y 13.9% en
Alemania (Nagarajan et al., 2022; Zwiercheczewski et al., 2022). Por lo tanto, el objetivo de esta investigación se
basa en el uso de residuos agroindustriales de yuca como fuente de carbono para la producción de un
compuesto de alto valor comercial.
Marco teórico
Revalorización de residuos y estrategia de bioeconomía
Los residuos agroindustriales pueden utilizarse como materia prima para la generación de otros
productos con valor económico, llevando así a la revalorización de estos. En Costa Rica, gran cantidad de
residuos agroindustriales corresponden a la producción de yuca, esta representa un 77% de la producción de
tubérculos y raíces, siendo el cultivo con mayor área sembrada y producción obtenida, con 11 161,1 hectáreas y
97 201 toneladas anuales respectivamente (INEC, 2020). Sin embargo, el cultivo de yuca presenta diversas
desventajas, entre ellas: altos niveles de compuestos cianogénicos, bajo contenido de proteínas y
micronutrientes y una vida útil postcosecha corta; ya que una vez que la yuca es cosechada su calidad
comienza a deteriorarse en 1-3 días y este rápido deterioro fisiológico postcosecha (PPD) se convierte en una
limitación para la producción comercial y en una amenaza ambiental al generar una gran cantidad de residuos
agroindustriales (Li et al., 2017).
Características del almidón
La yuca presenta un elevado contenido de almidón (90% en peso seco), es rica en vitamina C,
carotenoides y minerales (Li et al., 2017; Zhang et al., 2016). El almidón de yuca está compuesto por 0.03-
0.29% de ceniza, 0.06-0.75% de proteína, 0.01-1.2% de lípidos 0.0029–0.0095% de fósforo y 0.11-1.9% de fibra
(Wang et al., 2022). Este polisacárido es la materia prima renovable más abundante y es digerida fácilmente por
microorganismos en comparación con sustratos lignocelulósicos (Fu et al., 2022), lo cual convierte a la yuca y
sus residuos en un cultivo con un gran potencial para utilizarse como sustrato en fermentaciones para la
generación de diversos productos.
El almidón obtenido a partir de fuentes renovables es una alternativa valiosa como sustrato para la
generación de productos de valor agregado, debido a su conversión en azúcares simples como dextrina,
maltosa y glucosa (Wakai et al., 2014). Por esta razón, la hidrólisis enzimática es de gran importancia, basado
en tres etapas gelatinización, la cual consiste en la suspensión de almidón a temperaturas alrededor de los 100
°C, licuefacción en la cual se emplean enzima α-amilasa a alrededor de los 95°C para la conversión de almidón
