Bioethanol production from sugarcane press-mud: Assessment of the fermentation conditions to reduce fusel alcohol

Abstract

Within a biorefinery context, bioethanol is a promising platform molecule since it can be used as raw material to produce a wide spectrum of valuable industrial products such as H2 and light olefins. However, the presence of impurities limits the conversion of bioethanol in these products. Herein, we aimed to determine the proper pretreatment and fermentation conditions to yield bioethanol with a low content of impurities, such as 3-methyl-1-butanol, by using sugarcane press-mud as feedstock. To do so, a Box-Behnken methodology was employed to select proper pretreatment and fermentation conditions. Factors assessed were temperature, stirring, and pH during fermentation of hydrolysates coming from two different pretreatment methods named as hydrothermal and acid hydrolysis. Results showed that the fermentation temperature should be kept between 26–30◦C to assure at least 91 g/L ethanol. The fusel alcohol content would be reduced by 22% at 30◦C, pH = 4.5, and 200 rpm if sugarcane press-mud is pretreated under acid hydrolysis conditions (T = 130◦C, t = 1 h, 16 g HNO3/kg solid). Further studies should aim to integrate these conditions within a biorefinery concept to yield valuable products such as H2 and ethylene. © 2021 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland.

En el contexto de una biorrefinería, el bioetanol es una molécula plataforma prometedora, ya que puede utilizarse como materia prima para producir un amplio espectro de productos industriales valiosos, como H2 y olefinas ligeras. Sin embargo, la presencia de impurezas limita la conversión del bioetanol en estos productos. En este documento, nuestro objetivo fue determinar las condiciones adecuadas de pretratamiento y fermentación para producir bioetanol con un bajo contenido de impurezas, como 3-metil-1-butanol, utilizando lodo de prensado de caña de azúcar como materia prima. Para ello, se empleó una metodología Box-Behnken para seleccionar las condiciones adecuadas de pretratamiento y fermentación. Los factores evaluados fueron la temperatura, la agitación y el pH durante la fermentación de hidrolizados provenientes de dos métodos diferentes de pretratamiento denominados hidrotermal e hidrólisis ácida. Los resultados mostraron que la temperatura de fermentación debe mantenerse entre 26 y 30 ◦C para asegurar al menos 91 g/L de etanol. El contenido de alcohol fusel se reduciría en un 22% a 30◦C, pH = 4,5 y 200 rpm si el lodo de prensa de caña de azúcar se pretrata en condiciones de hidrólisis ácida (T = 130◦C, t = 1 h, 16 g HNO3/kg sólido). Otros estudios deberían tener como objetivo integrar estas condiciones dentro de un concepto de biorrefinería para producir productos valiosos como H2 y etileno. © 2021 por los autores. Licenciatario MDPI, Basilea, Suiza.