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TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XIX (4): e1765 (2025)
https://revistascientificas.uach.mx/index.php/tecnociencia
ISSN-e: 2683-3360
Artículo Científico
Comparación entre diferentes métodos de
pretratamiento para la producción de azúcares
fermentables a partir de rastrojo de amaranto
Comparison between different pretreatment methods to obtain
fermentable sugars from amaranth stubble
*Correspondencia: Correo electrónico: unpal7@gmail.com (María de Jesús García-Gómez)
DOI: https://doi.org/10.54167/tch.v19i4.1765
Recibido: 28 de noviembre de 2024; Aceptado: 24 marzo de 2025
Publicado por la Universidad Autónoma de Chihuahua, a través de la Dirección de Investigación y Posgrado.
Editora de Sección: Dra. Esther Pérez-Carrillo
Resumen
Los residuos agroindustriales adquieren cada vez mayor importancia por su utilización en diversos
procesos fermentativos, incluyendo la producción de sustancias con actividad biológica de valor
industrial. Los azúcares fermentables (AF) constituyen un grupo de compuestos clave para estos
procesos. Sin embargo, se deben llevar a cabo una serie de pasos para su liberación. El pretratamiento
es un paso crucial para la obtención de estos compuestos. Por ello, el objetivo de este trabajo de
investigación fue establecer un método adecuado para la deslignificación del rastrojo de amaranto
(RA) y la posterior producción de AF. Se evaluaron cinco pretratamientos: físico (I. vapor y II.
ultrasonido), químico (III. NaOH 3.5 N) y combinado (IV. NaOH 3.5 N + vapor y V. NaOH (2, 2.5, 3,
3.5 N) + ultrasonido). Se utilizó el método del ácido 3,5 dinitrosalicílico (DNS) para azúcares
reductores y así determinar la concentración de AF, lo que indicaría la degradación de la
lignocelulosa. Esto fue corroborado mediante análisis FTIR. Los métodos que obtuvieron mayor
concentración de AF fueron el II y el combinado V (3.5 N NaOH). Una vez definido el método de
pretratamiento, se realizó el proceso de sacarificación mediante hidrólisis enzimática convencional
e hidrólisis asistida por ultrasonidos, siendo esta última la que mostró mayor eficiencia.
Palabras clave: amaranto, rastrojo, pretratamiento, azúcares reductores, deslignificación.
María de Jesús García-Gómez 1,3,4*, Dalia Yvette Chávez-Valerio 2, Oscar Nuñez-Gaona 1,2,3,
Cirilo Nolasco-Hipólito 1,2,3, Jesús Carrillo-Ahumada 3
1Centro de Investigaciones Científicas/2Maestría en Biotecnología/3Cuerpo Académico Biotecnología
Sustentable, Universidad del Papaloapan. Tuxtepec, Oaxaca, México.
4Red Temática 12.3 para la Reducción de Pérdidas y Desperdicios de Alimentos, Durango, México
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Abstract
Agro-industrial residues are gaining increasing importance for their use in various fermentation
processes, including the production of substances with the biological activity of industrial value.
Fermentable sugars (FS) are a key group of compounds for these processes. However, a series of
steps must be carried out to facilitate their release. Pretreatment is a crucial step in obtaining these
compounds. Therefore, the objective of this research work was to find a suitable method for
delignification of amaranth stubble and subsequent production of fermentable sugars. For this
purpose, five pretreatment methods were tested, which were classified as follows: physical (I. steam
and II. ultrasound), chemical (III. 3.5N NaOH), and combined (IV. 3.5N NaOH + steam and V. NaOH
(2, 2.5, 3, 3.5 N) + ultrasound). The Miller method (DNS) for reducing sugars was used to determine
the concentration of FS, which would indicate the degradation of lignocellulose. This was
corroborated by FTIR analysis. The methods that obtained the highest concentration of FS were the
physical pretreatment (II. ultrasound) and the combined pretreatment (V. 3.5 N + ultrasound). Once
the pretreatment method was defined, the saccharification process was carried out through
conventional enzymatic hydrolysis and ultrasound-assisted hydrolysis, with the latter showing
greater efficiency.
Keywords: amaranth, stubble, pretreatment, reducing sugars, delignification.
1. Introducción
Actualmente, los residuos agroindustriales no tienen una disposición final adecuada, y la
mayoría terminan siendo quemados, lo que conduce a la liberación de CO2, uno de los principales
gases de efecto invernadero. La investigación actual se ha centrado en encontrar alternativas para la
eliminación de estos residuos mediante su utilización en la producción de sustancias industriales
valiosas. El uso de materiales lignocelulósicos derivados de actividades agrícolas contribuye a
mitigar el proceso de contaminación ambiental, ya que estos residuos, en sus diferentes etapas de
producción, son actualmente un problema debido a la falta de un manejo adecuado o disposición
final (Vargas-Radillo et al., 2016). Aunque la biomasa lignocelulósica obtenida a partir de residuos
agroindustriales ofrece una alternativa considerable, el proceso de transformación es complejo y
consta de tres pasos fundamentales: pretratamiento, sacarificación y fermentación (Subhedar et al.,
2018). Los AF son un grupo clave de compuestos intermedios, y el pretratamiento es el paso más
crucial para la sacarificación de la lignocelulosa. Los pretratamientos aumentan significativamente
el rendimiento al liberar una mayor concentración de azúcares para la etapa de hidrólisis. La
eliminación de lignina y la hidrólisis de hemicelulosa hace que el sustrato sea más accesible al ataque
enzimático, lo que resulta en mejores rendimientos (Araújo et al., 2019) en comparación con la
hidrólisis realizada en sustratos no tratados. Cabe destacar que, dependiendo del método de
pretratamiento, éste puede ser costoso, consumir tiempo y representar incluso posibles amenazas
ambientales, especialmente al usar productos químicos agresivos (Subhedar et al., 2018). Por otro
lado, la sacarificación se puede llevar a cabo mediante hidrólisis enzimática, que es más eficiente en
comparación con otros métodos como la hidrólisis química (Chu et al., 2020). Los procesos de
pretratamiento pueden mejorarse mediante la aplicación de ultrasonido ya que mejora el contacto
entre la biomasa y los reactivos, reduciendo el tiempo requerido y logrando mejores rendimientos.
Lo mismo se aplica a la hidrólisis enzimática asistida por ultrasonido, que resulta en mayores
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rendimientos en un tiempo de reacción más corto en comparación con el enfoque convencional (Shah
y Mohanraj, 2014).
En el caso del cultivo de amaranto, sus residuos, como la paja que queda después de la cosecha de
semillas, se tratan de diversas maneras, no sólo para producir biopéptidos activos (Nolasco-Hipólito
et al., 2022), sino también para producir AF (Gong et al., 2020). Se ha dedicado una cantidad
considerable de investigación a explorar la viabilidad para usar el RA mediante la implementación
de diversas técnicas para convertir el material lignocelulósico en AF. En un estudio sobre la
tecnología de proceso óptimo de biomasa de amaranto para la producción de biocombustibles, se
determinó que los pretratamientos alcalinos (NaOH 1 %) y ácidos suaves (H2SO4 2 %), seguidos de
la hidrólisis enzimática, complementada con un 8 % de proteínas endógenas, lograron casi la
completa sacarificación enzimática, alcanzando rendimientos de glucosa del 99 % y 97 %,
respectivamente (basados en el contenido de celulosa) (Madadi et al., 2022). Otro estudio se centró
en la producción de AF a partir de las raíces y tallos del amaranto, que contenían 363.5 g kg-1 de
celulosa y 124.9 g kg-1 de hemicelulosa. Los investigadores emplearon microondas con diferentes
potencias y la presencia de diferentes catalizadores alcalinos como NaOH, KOH o Ca(OH)2. Sus
hallazgos revelaron que el KOH, seguido de la hidrólisis enzimática, resultó en el mayor rendimiento
total de azúcar (488.23 g kg-1 basado en la carga original de biomasa) (Marx et al., 2014). Teniendo en
cuenta que el rendimiento nacional del cultivo de amaranto es de 1.1 a 2.3 ton de grano ha-1 bs (base
seca) y 3.8 a 4.1 ton de hoja ha-1 bs, generando aproximadamente 271,100 ton de residuos agrícolas
por ciclo de cultivo, cuya duración es de 150-180 días; si se tienen hasta 2 ciclos por año (riego y
temporal), la producción de rastrojo de amaranto sería de aproximadamente 542,200 ton por año.
(Arce, 2011). Se sabe que el amaranto no sólo contiene proteínas con características funcionales
superiores para proporcionar nutrición humana (Bressani, 1989), sino que también es una fuente de
materia prima para producir AF, razón clave del aumento en el interés de investigar y aprovechar el
RA (Madadi et al., 2022). Con este enfoque, el objetivo de este trabajo fue seleccionar un método de
pretratamiento y sacarificación del rastrojo de amaranto con el que se obtuvieran la mayor
concentración de AF.
2. Materiales y métodos
2.1 Reactivos y material de estudio
Los reactivos utilizados fueron: NaOH (J.T. Baker, México), celulasas de Aspergillus niger
(Sigma-Aldrich, EE. UU). La celulasa de Aspergillus niger cataliza la hidrólisis de los enlaces endo-
1,4-β-D-glucosídicos en la celulosa. Una unidad libera 1.0 μmol de glucosa de la celulosa en una hora
a pH 5.0 a 37 °C.
2.2 Biomasa (Rastrojo de amaranto, RA)
El RA (Amaranthus hypochondriacus) se recolectó en parcelas ubicadas en el municipio de
Santa Apolonia Teacalco (19°13'48.7"N 98°18'12.8"W) sembradas en el ciclo de temporal (abril-junio)
en el estado de Tlaxcala, México. Las hojas y tallos de la planta se recolectaron después del proceso
de trilla en sacos y se secaron al sol. Posteriormente, el material se trituró en un molino agrícola No.
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20 (marca Swissmex turbo, México). El rastrojo triturado se tamizó con una malla No. 18 (Tyler, EE.
UU) para obtener una homogeneización del tamaño de partícula (1 mm) y se depositó en bolsas de
plástico.
2.3 Composición química proximal
La composición química proximal de la harina de RA se determinó de acuerdo con la
metodología de la NORMA OFICIAL MEXICANA: Humedad (NMX-116 SSA1-1994), cenizas
(NMX-F-607-NORMEX-2013), proteínas (NOM-155-SCFI-2012), extracto etéreo (contenido lipídico)
(NOM-086-SSA1-1994), finalmente los carbohidratos totales se determinaron por diferencia.
2.4 Tratamientos físicos
a) Vapor (Rastrojo + Agua)
Se preparó una suspensión (RA/agua destilada) en una proporción de 1:10 p/v, ésta se molió
mecánicamente durante 5 minutos. Posteriormente, se colocó en una autoclave a una temperatura
de 121 °C y una presión de 1.05 kg cm-2 por 5 horas. Se tomaron muestras de 2 mL a intervalos de
una hora, y las muestras obtenidas se centrifugaron a 10,000 rpm durante 10 minutos a 25 °C
(Subhedar y Gogate, 2016). La concentración de AF se determinó utilizando el método del ácido 3,5-
dinitrosalicílico (DNS) con glucosa como estándar (Miller, 1959), para lo cual 1 mL de sobrenadante
se mezcló con 1 mL de reactivo DNS. La mezcla de reacción se calentó a 100 °C por 10 minutos hasta
obtener un color rojo-marrón, se dejó enfriar y se le añadieron 8 ml de agua destilada; finalmente, se
midió la absorbancia a 540 nm.
b) Ultrasonido (Rastrojo + Agua)
Todos los experimentos con pretratamiento de ultrasonido se llevaron a cabo utilizando agua
destilada para la suspensión 1:10 p/v (RA/agua destilada). Se utilizó un dispositivo ultrasónico Cole
Parmer CPX 750, con frecuencia de 20 kHzv, potencia nominal de 750 W, sonda de titanio con
diámetro de 1 cm. La sonda se insertó, aproximadamente, 2 cm en la mezcla de reacción (Subhedar
et al., 2018). Los parámetros utilizados para el tratamiento de ultrasonido se resumen en la Tabla 1.
Se tomaron muestras de 2 mL a intervalos regulares de 10 minutos por 60 minutos. Las muestras se
centrifugaron 10 minutos a 10,000 rpm y 25 °C (Subhedar y Gogate, 2016), el sobrenadante se utilizó
para determinar los AF.
Tabla 1. Parámetros utilizados en el tratamiento por
ultrasonido.
Table 1. Parameters used in ultrasound treatment.
Valor
60 min
100 W
50°C
≈2 cm
50 %, 70 %, 90 %
75 %, 50 %
10 min
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(a) Se refiere a los ciclos de compresión y descompresión de la onda ultrasónica, ya sea continua (100
%) o pulsada (porcentajes)
(b) Se refiere a la altura máxima de una onda, es decir, punto en el que la onda experimenta su
alargamiento o distensión máximo desde la posición de equilibrio (75 % mayor alargamiento de
onda que 50 %) (García, 2007).
2.5 Tratamiento químico
Se llevó a cabo en matraces Erlenmeyer de 200 mL, utilizando 100 mL de NaOH 3.5 N,
obteniendo una suspensión 1:10 p/v (RA/solución alcalina). La suspensión se agitó a una velocidad
de 200 rpm, se tomaron muestras de 2 mL a intervalos de 1 hora durante 5 horas continuas (Torres
et al., 2016). Las muestras se centrifugaron 10 minutos a 10,000 rpm y 25 °C, el sobrenadante se utilizó
para determinar los AF.
2.6 Tratamientos combinados
a) Pretratamiento alcalino con vapor
Se preparó una suspensión en una proporción de 1:10 p/v (RA/NaOH 3.5 N), que se trituró
mecánicamente durante 5 minutos. Posteriormente, se colocó en una autoclave (120 °C, presión 1.06
kg cm-2) (Subhedar y Gogate, 2016). Se tomó una muestra de 2 mL cada hora durante el período de
tratamiento de 5 horas. Las muestras se centrifugaron 10 minutos a 10,000 rpm y 25 °C, el
sobrenadante se utilizó para determinar los AF.
b) Pretratamiento alcalino-ultrasónico
En este tratamiento, se estudió el efecto de la concentración de NaOH (2 N, 2.5 N, 3 N y 3.5 N) en
la producción de AF utilizando ultrasonido bajo las condiciones mencionadas en la Tabla 1. Se
extrajeron muestras de 2 mL a intervalos regulares (cada 10 minutos por 60 minutos). Todas las
muestras se centrifugaron 10 minutos a 10,000 rpm y 25 °C, el sobrenadante se utilizó para
determinar los AF; mientras que el precipitado se utilizó para el análisis de FTIR.
2.7 Análisis FTIR
El análisis de la estructura de las muestras de RA pretratadas se realizó utilizando un
espectroscopio FTIR (modelo Dynascan Spectrum 100, Perkin Elmer, EE. UU.) empleando 2 mg del
material de cada uno de los pretratamientos descritos. Los espectros se obtuvieron con una
resolución de 4 cm-1, en un rango de 4000-550 cm-1 (Luo et al.,2018).
2.8 Sacarificación del RA pretratado
a) Hidrólisis enzimática convencional
Después del pretratamiento, las muestras se hidrolizaron enzimáticamente con celulasa de
Aspergillus niger (Sigma-Aldrich, EE. UU.) a pH 5.0. En un matraz Erlenmeyer de 100 mL se
agregaron el RA pretratados (5 % p/v) y la enzima (0.5 % p/v). La mezcla se agitó a 300 rpm a 50 °C
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por 8 horas con muestreo cada hora (Patil et al., 2019). Las muestras se centrifugaron 10 minutos a
10,000 rpm y 25 °C utilizando el sobrenadante para determinar los AF (azúcares reductores) por el
método del ácido 3,5 dinitrosalicílico, DNS (Miller, 1959).
b) Hidrólisis enzimática asistida por ultrasonido
Para investigar el efecto del ultrasonido en la hidrólisis enzimática del RA pretratado, se utilizó
un dispositivo de ultrasonido a una frecuencia de 20 kHz y una potencia nominal de 750 W. Las
condiciones específicas empleadas fueron: potencia de 50 W, 50 °C, ciclo de trabajo del 50 %, y
amplitud del 75 % (Patil et al., 2019; Subhedar et al., 2018). La concentración del sustrato fue del 5 %
p/v, mientras que la de la enzima fue del 0.5 % p/v. Se muestreó cada 15 minutos durante 120
minutos. Posteriormente, las muestras se centrifugaron 10 minutos a 10,000 rpm y 25 °C, el
sobrenadante se utilizó para determinar los AF.
2.9 Diseño experimental y análisis de datos
El análisis estadístico se realizó utilizando el software Minitab 18. Cada análisis se realizó
por triplicado y los resultados se expresaron como la media de estos. Se realizó un análisis de
varianza para cada tratamiento, utilizando un ANOVA de una vía para tratamientos con una sola
variable (I. Vapor, III. Hidrólisis alcalina, IV. Pretratamiento alcalino + vapor, V. Pretratamiento
alcalino + ultrasonido). Se utilizó un diseño factorial 2^3 para el tratamiento II, ultrasonido, donde
se probaron 2 factores (amplitud (75 % y 50 %) y ciclos de trabajo (50 %, 70 %, 90 %)), para probar la
diferencia de medias se utilizó la prueba de Tukey con un nivel de significancia ≤ al 0.05 %.
3. Resultados y discusión
3.1 Composición química proximal del RA
La composición química proximal de la harina de RA (Tabla 2) mostró valores similares a
los reportados por Méndez-Arango et al. (2019), que encontraron porcentajes de proteínas
carbohidratos, lípidos y cenizas de 10-11 %, 69-72 %, 0.7-1 % y 12 % respectivamente; al utilizar el
tallo y las hojas de la planta. También informaron un mayor contenido proteico y de minerales que
podría atribuirse a la presencia de microorganismos en las muestras. En otro estudio, se analizaron
variedades de Amaranthus hypochondriacus (variedad No. 1008) para determinar su valor nutricional;
el período experimental abarcó desde la emergencia de la inflorescencia hasta la maduración
completa del grano, es decir, del día 80 hasta el día 120 del cultivo (Tabla 3). En este periodo, el
contenido de proteína bruta y de ceniza cruda disminuyeron significativamente; mientras que el
contenido de extracto etéreo y el de la fibra cruda aumentaron significativamente. La cantidad de
proteína en el período entre los días 80 y 90 de cultivo sugiere que las plantas podrían usarse como
sustituto de nutrientes para forrajes convencionales (Písaříková et al., 2006). Del mismo modo, Nogoy
et al. (2020) mostraron contenidos de 11.95–14.19 % de proteína bruta, 45.53–70.88 % de fibra
detergente neutro (FDN) y 34.17–49.83 % de fibra detergente ácida (FDA) en forraje de amaranto. La
alta composición de nutrientes, la degradabilidad efectiva de la materia seca y la proteína bruta,
junto con las características de fermentación favorables, sugieren que el forraje de amaranto
permitiría una calidad de alimentación de buena a excelente para el ganado. La variación en los
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porcentajes de composición química observados en estos estudios puede atribuirse a factores como
la especie de planta, las condiciones ambientales y las características fisiográficas de los lugares de
cultivo (García-Pereyra et al., 2009).
Tabla 2. Composición química en porciento base seca de los rastrojos de amaranto de la especie
Amaranthus hypochondriacus.
Table 2. Chemical composition in dry percentage of amaranth stubble of the species Amaranthus
hypochondriacus
Parámetro
Contenido (%)*
Humedad
9.6 ± 0.05
Cenizas
5.9 ± 0.00
Grasa
0.3 ± 0.02
Proteína
9.6 ± 0.09
Carbohidratos totales
74.6 ± 0.6
*Media ± desviación estándar, n=3.
Tabla 3. Valor nutricional de variedades de Amaranthus hypochondriacus (variedad No. 1008) desde la
emergencia de la inflorescencia hasta la maduración completa del grano
Table 3. Nutritional value of Amaranthus hypochondriacus varieties (variety No. 1008) from inflorescence
emergence to full grain maturation
Parámetro
Emergencia de la inflorescencia
Contenido (%)
Maduración completa del grano
Contenido (%)
Cenizas
16.99 ± 0.014 – 19.22 ± 0.042
12.97 ± 0.014 – 13.84 ± 0.021
Grasa
1.22 ± 0.014 – 1.59 ± 0.028
2.80 ± 0.028 – 3.64 ± 0.014
Proteína
15.82 ± 0.120 – 18.54 ± 0.233
10.38 ± 0.120 – 11.31 ± 0.001
Fibra cruda
14.49 ± 0.212 – 17.00 ± 0.368
18.36 ± 0.70 – 27.60 ± 0.120
(Písaříková et al., 2006)
3.2 AF de diferentes métodos de pretratamiento
Un criterio importante para medir la efectividad de los pretratamientos es la determinación
del contenido de AF, que puede tomarse como un indicador indirecto de la degradación
lignocelulósica (Reales et al., 2016).
a) Vapor (presión y temperatura)
La Fig. 1 muestra los resultados obtenidos en el pretratamiento con vapor, donde se logró una
concentración de 6.3 mg mL-1 de AF en 5 horas de tratamiento. Se observó que no hubo diferencias
significativas en la concentración de AF a las 4 y 5 horas, por lo que no se consideró necesario
prolongar el tiempo de tratamiento y se fijó en 5 horas de exposición al vapor. Los tratamientos de
1, 2 y 3 horas exhiben diferencias significativas en comparación con los demás (Fig. 1). La presión y
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la temperatura son factores clave en este tratamiento (1.05 kg cm-2, 121°C). Según la literatura, este
método induce la autohidrólisis ácida, que se atribuye a la liberación de residuos acetilos de las
hemicelulosas. Estos residuos producen ácido acético, que, debido a las temperaturas del proceso,
cataliza la hidrólisis de la hemicelulosa (Harmsen, 2010).
Figura. 1. Concentración de AF obtenidas en el tratamiento con vapor.
Figure. 1. FS concentration obtained in steam treatment.
Las medias señaladas con diferente letra a, b, c, y d son significativamente diferente a una * (P≤0.05)
b) Pretratamiento con ultrasonido
En este pretratamiento, se estudió el efecto del ciclo de trabajo y la amplitud de onda (Patil et al.,
2019; Subhedar et al., 2018) en la producción de azúcares reductores. Los resultados se pueden
observar en la Fig. 2, que muestra los tratamientos con diferentes combinaciones de ciclo de trabajo
y amplitud obtenidos en 1 hora de tratamiento. La concentración más alta de AF se obtuvo con la
combinación II-A (ciclo de trabajo del 50 % (encendido 25 s, apagado 25 s) y amplitud de onda del
75 %. Sin embargo, no hubo diferencias significativas en comparación con los resultados obtenidos
con la combinación II-B (ciclo de trabajo del 70 % y amplitud del 75 %) y II-C (ciclo de trabajo del 90
%, amplitud del 75 %), pero hubo diferencias en comparación con II-D (ciclo de trabajo del 50 %,
amplitud del 50 %). Los tratamientos II-E (ciclo de trabajo del 70 %, amplitud del 50 %) y II-F (ciclo
de trabajo del 90 %, amplitud del 50 %) fueron significativamente similares al tratamiento II-C. Por
otro lado, se encontraron diferencias significativas entre los dos porcentajes de amplitud probados
(75 % y 50 %). El efecto del ultrasonido en el material vegetal se refleja en la estructura de la pared
celular, donde los ciclos de ondas de alta y baja presión generan pequeñas burbujas o microburbujas
(cavitación) que implosionan debido a cambios abruptos de presión, causando cizallamiento en el
material vegetal. Esto significa que hay una interrupción del material fibroso y de celulosa (Subhedar
et al., 2018). Como se mencionó anteriormente, se encontró que el efecto del ciclo de trabajo del 50 %
(II-A) en combinación con una amplitud del 75 % era adecuado para el proceso de pretratamiento
del RA. Los resultados obtenidos con respecto al porcentaje de ciclo de trabajo (50 %) difieren de los
presentados por Patil et al. (2019), quienes investigaron el efecto del ciclo de trabajo en la sonicación
de aserrín para obtener azúcares reductores, encontrando que un ciclo de trabajo del 70 % era
adecuado para este material vegetal. Sin embargo, para el RA, un ciclo de trabajo del 70 % no se
considera adecuado ya que produjo un resultado inferior (7.4 mg mL-1) en comparación con el ciclo
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
1 2 3 4 5
AF (mg mL-1)
Tiempo (h)
a
b
cdd
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del 50 %, aunque estadísticamente no hay diferencias significativas (P≤0.05) en la producción de AF
entre ambos ciclos.
Figura 2. Efecto del ciclo de trabajo y la amplitud de sonicación en la producción de azúcares reductores en el
tratamiento con ultrasonido
Figure 2. Effect of duty cycle and sonication amplitude on the production of reducing sugars in ultrasound
treatment
Las medias señaladas con diferente letra a, b, c, y d son significativamente diferente a una *(P≤0.05).
Por otro lado, Subhedar et al. (2018) investigó la producción de AF a partir de cáscaras de nuez, coco
y pistacho utilizando el mismo ciclo de trabajo (70 %) reportado por Patil et al. (2019), obteniendo
resultados variados dependiendo del material vegetal utilizado (Subhedar et al., 2018). Sin embargo,
Nagula y Pandit (2016) estudiaron diversas técnicas de deslignificación, incluido, el tratamiento
alcalino asistido por ultrasonido, de pasto Napier, y encontraron que un ciclo de trabajo del 50 % es
óptimo para este material, lo cual es consistente con los hallazgos de este estudio. Por lo tanto, se
considera que el tipo de material vegetal influye en la selección de los parámetros del proceso. Yadav
et al. (2023) mencionaron que, a mayor tamaño de partícula, se requiere más energía y tiempo para
que las ondas penetren. Cabe mencionar que el ciclo de trabajo es uno de los factores determinantes
para el proceso de sonicación. Es importante tener en cuenta que el uso de un ciclo de trabajo
excesivamente alto causará problemas como el aumento de la temperatura de reacción, la disipación
de energía, la erosión del transductor y la formación de espuma, por lo tanto, se debe evitar (Patil et
al., 2019).
c) Pretratamiento alcalino
La Fig. 3 muestra los resultados obtenidos en el pretratamiento con NaOH 3.5 N durante un
tiempo total de tratamiento de 5 horas. Se puede observar que no hay diferencias significativas entre
los tiempos de 1 y 2 horas, ni entre los tiempos de 3 y 4 horas. Sin embargo, la producción de AF a
las 5 horas fue significativamente diferente de las demás. El grado de deslignificación aumenta
proporcionalmente con la concentración de álcali, confirmando que un valor de pH alcalino es
favorable para el pretratamiento de material lignocelulósico (Jiang et al., 2020; Araújo et al., 2019;
Subhedar et al., 2018; Qing et al., 2017). El mecanismo general de los efectos del pretratamiento con
NaOH sobre los componentes estructurales de la biomasa ya se ha informado en otros trabajos
(Modenbach y Nokes, 2014; Xu y Cheng, 2011), en términos generales, el NaOH provoca la
hinchazón de la biomasa debido a los iones generados; también saponifica los enlaces éster de la
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
AF (mg mL-1)
Combinaciones
a
ab
c
bb
ab
10
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lignina y la hemicelulosa, rompiendo los enlaces lignina-carbohidrato (C-O), lo que resulta en un
aumento en la superficie interna y una disminución en el área cristalina de la celulosa, haciéndola
más accesible para las enzimas (Chen et al., 2007). En paja de arroz, cuando se probaron diferentes
concentraciones de NaOH (2-6 % p/v), la mayor concentración de glucosa (18 mg mL-1) se obtuvo
cuando se utilizó 6 % p/v de NaOH (Xu y Cheng, 2011). Por otro lado, para el pretratamiento de
bagazo de caña de azúcar Meléndez et al. (2015) obteniendo una concentración de 25 mg mL-1 de
azúcares reductores después de 8 horas de tratamiento en una mezcla con 60 g de bagazo natural y
35 mL de NaOH al 50 % p/v. Estos valores fueron más altos que los obtenidos en este estudio, sin
embargo, la concentración de álcali y el tiempo de tratamiento fueron menores.
Figura 3. Concentración de AF obtenida en el tratamiento químico (NaOH 3.5 N).
Figure 3. Concentration of FS obtained in chemical treatment (3.5 N NaOH).
Las medias sin compartir letras son significativamente diferentes *(P≤0.05).
d) Pretratamiento alcalino + vapor
En la Fig. 4 se presentan los resultados obtenidos de este tratamiento. En la primera hora de
exposición al vapor, se obtuvo una concentración de 1.9 mg mL-1 de AF, que aumentó a 2.4 mg mL-1
después de 3 horas de tratamiento; estas concentraciones no fueron significativamente diferentes. En
un estudio realizado por Gómez et al. (2013), donde utilizaron residuos de diferentes maderas (Pinus
patula y Eucalyptus camaldulensis) para obtener AF, probaron la misma temperatura que en este
estudio (121 °C) pero a una presión más alta (29 PSI). Emplearon una relación sólido-líquido de 1:15
p/v y una concentración de NaOH al 1 % p/p durante 30 minutos, lo que resultó en rendimientos
respectivos de 2.17 y 2.61 mg mL-1 de AF. Dado que es un método combinado, se esperaban mejores
resultados, ya que teóricamente, el vapor causaría una interrupción de las paredes celulares
mediante la hinchazón, permitiendo una mejor penetración del ion OH- del NaOH rompiendo los
enlaces de la estructura básica de la lignina, mientras que los iones Na+ se unirían a la lignina para
formar fenolato de sodio (Modenbach y Nokes, 2014).
Este fenolato es soluble con color negro en la solución, y se llama lixiviado negro o licor negro (Dewi
et al., 2019). Sin embargo, se considera que ocurrió una reacción de Maillard en este método, ya que
las condiciones necesarias para esta reacción estaban presentes: la presencia de un compuesto
carbonílico (azúcares reductores) y una amina (aminoácido, péptido o proteína), ambos presentes en
el RA. Esta reacción se favorece a pH alcalino (Arias-Giraldo y López-Velasco, 2019). Uno de los
factores físicos atribuidos a la ocurrencia de esta reacción es el aspecto oscuro de la suspensión, así
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
1 2 3 4 5
AF (mg mL-1)
Tiempo (h)
c
b
c
b
a
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TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XIX (4): e1765 (2025)
como el aroma a pan horneado que se liberó (Arias-Giraldo and López-Velasco, 2019). Por lo tanto,
este método no se consideró viable para su uso como pretratamiento para el RA.
Figura 4. Concentración de AF obtenida en el tratamiento combinado (NaOH 3.5 N + vapor).
Figure 4. Concentration of AF obtained in the combined treatment (3.5 N NaOH + steam).
Las medias sin compartir letras son significativamente diferentes *(P≤0.05).
e) Pretratamiento alcalino + Ultrasonido
En este método, se evaluó el efecto de la concentración de NaOH (2N, 2.5N, 3N y 3.5N) y la
potencia de ultrasonido en la producción de azúcares reductores. Como se puede observar en la Fig.
5, no hubo diferencias significativas entre las concentraciones de NaOH 2N y 2.5N, mientras que en
las concentraciones de 3N y 3.5N se encontraron diferencias significativas en la producción de AF.
El contenido de celulosa del RA aumentó con la concentración creciente de NaOH, siendo la
concentración más alta (3.5N) la que ofreció los mejores resultados en términos de obtención de AF.
Estos resultados son consistentes con los mencionados por (Wu et al., 2017), quienes afirmaron que
una mayor concentración alcalina conduce a una mayor degradación de la lignina y la hemicelulosa,
sin degradar la celulosa.
Figura 5. Efecto de la concentración de NaOH en la producción de AF después del tratamiento de ultrasonido
Figure 5. Effect of NaOH concentration on the production of FS after ultrasound treatment
Las medias sin compartir letras son significativamente diferentes *(P≤0.05).
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
1 2 3 4 5
AF (mg mL-1)
Tiempo (h)
a
a
a
a
a
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
2 2.5 3 3.5
AF (mg mL-1)
NaOH (N)
a
b
ca
a
c
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García-Gómez et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XIX (4): e1765 (2025)
En otros estudios en los que se utilizó bagazo de caña de azúcar como sustrato (Torres et al., 2016),
se encontró que con 0.125 g de hidróxido de sodio y una potencia de 140 W durante 30 minutos, se
podían obtener 24 mg mL-1 de AF. Wu et al. (2017) utilizaron paja de arroz como sustrato, probando
varias concentraciones de NaOH (0.4 %, 0.6 %, 0.8 % y 1.0 % p/v) y dos temperaturas (23 °C y 50 °C).
Mantuvieron el tratamiento con ultrasonido durante una hora a 22 kHz, con un tiempo de
encendido/apagado de 2 y 4 segundos. Cabe destacar que la potencia utilizada (300 W) fue mayor
que la utilizada en este estudio. Por otro lado, Wang et al. (2017) obtuvieron 2.8 mg mL-1 de glucosa
utilizando residuos de hierba podada, empleando un 5 % p/p de NaOH, una frecuencia de 25 kHz
(mayor que la utilizada en este estudio, 20 kHz) y una potencia de 60 W.
Es importante destacar que los valores más altos de AF en este estudio se obtuvieron con este
pretratamiento alcalino asistido por ultrasonido, lo que puede atribuirse a la alta concentración de
hidróxido de sodio utilizada. A medida que aumenta la concentración de NaOH, aumentan los iones
hidroxilo, facilitando la degradación de la lignina. Además, según la literatura (Araujo et al., 2019;
Hernández-Beltrán et al., 2019; Wu et al., 2017; Subhedar y Gogate, 2016; Harmsen, 2010), los iones
Na+ tienen un diámetro capaz de penetrar en los poros más pequeños de la matriz lignocelulósica y,
debido a su capacidad oxidativa, actúan sobre los enlaces éster y éter de la lignina. Varios estudios
(Torres da Silva et al., 2017; Wu et al., 2017; Gómez et al., 2013; Xu y Cheng, 2011) centrados en
procesos de deslignificación han informado que el requerimiento alcalino es menor en procesos
asistidos por ultrasonido en comparación con los procesos convencionales. Sin embargo, esto no se
observó en este trabajo. La asistencia ultrasónica hace que la matriz lignocelulósica del material
vegetal se abra, facilitando la penetración del reactivo alcalino y ayudando en la degradación de la
lignocelulosa, junto con un tiempo de reacción más corto (Patil et al., 2019), sin embargo, esto
depende de la biomasa vegetal que se esté utilizando. Por otro lado, el control de la temperatura es
un factor importante en tales tratamientos porque el NaOH, junto con la potencia del sonicador,
puede aumentar la temperatura, afectando la liberación de AF (Arias-Giraldo y López-Velasco,
2019). Por eso, en este trabajo, la temperatura se mantuvo constante a 50 °C.
f) Comparación de la productividad entre los métodos empleados
Los resultados obtenidos de los tratamientos aplicados al RA se observan en la Fig. 6. Se muestra
la concentración de AF obtenida en un tiempo de reacción de 1 hora para cada tratamiento. Se
observaron diferencias significativas en los tratamientos ultrasónicos (ultrasonido y ultrasónico
asistido químicamente) en comparación con los métodos convencionales (vapor, alcalino, alcalino +
vapor), lo que es consistente con la literatura existente sobre el uso del ultrasonido. Las operaciones
de pretatamiento tradicionales para la biomasa lignocelulósica se han encontrado ineficientes para
la adaptación industrial. Por lo tanto, se han explorado tecnologías alternativas como microondas,
ultrasonido, solventes eutécticos profundos, irradiación y métodos de pretatamiento asistidos por
alta fuerza para la valorización efectiva de la biomasa lignocelulósica (Haldar y Purkait, 2021).
Es evidente que la eficiencia de la conversión de materiales lignocelulósicos en AF debe estudiarse,
no sólo en términos de la cantidad de AF producidos, sino también en términos de la energía
consumida para el proceso de conversión. Se espera una correlación directa entre estos dos factores,
que debe destacarse en un análisis integral, abarcando tanto la eficiencia de conversión como el costo
del proceso. El pretratamiento químico ha ganado atención significativa debido a su menor costo,
tasas de reacción más rápidas y eficiencia superior para mejorar la degradación de moléculas
orgánicas complejas (Hernández-Beltrán et al., 2019).
13
García-Gómez et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XIX (4): e1765 (2025)
Figura 6. Comparación del efecto del ultrasonido combinado con diferentes pretratamientos.
Figure 6. Comparison of the effect of ultrasound combined with different pretreatments.
Las medias sin compartir letras son significativamente diferentes *(P≤0.05).
3.3 Análisis estructural mediante espectroscopía infrarroja por transformada de
Fourier (FTIR)
Los espectros FTIR del RA (Fig. 7) revelan que los perfiles espectrales de la mayoría de las bandas
son similares, indicando que las muestras de RA con diferentes tratamientos de pretratamiento
conservan los mismos grupos funcionales. Sin embargo, se observa una diferencia significativa entre
los picos de los tratamientos químicos asistidos por ultrasonido y los tratamientos físicos asistidos
por ultrasonido, en comparación con el rastrojo sin tratar utilizado como referencia. Se puede
observar (Fig. 7) que todas las muestras, incluida la referencia, presentan una banda ancha entre 3200
y 3400 cm-1, que se atribuye a las vibraciones de estiramiento del grupo hidroxilo. Aunque otros
autores (Luo et al., 2018; Ghaffar y Fan, 2013) sitúan este grupo en 3310-3350 cm-1, principalmente
proveniente de la asociación entre celulosa y hemicelulosa, influenciada por su concentración en las
muestras analizadas. Este grupo funcional se encontró en el rango de 3000-3650 cm-1, mientras que
el grupo metilo (CH3) se posiciona en 2934 cm−1 (Luo et al., 2018).
14
García-Gómez et.al
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Figura 7. Espectros de FTIR de los diferentes pretratamientos aplicados al RA
Figure 7. FTIR spectra of the different pretreatments applied to amaranth stubble
Los picos ubicados a 1634.91 cm−1 y 1024 cm-1 corresponden al estiramiento característico de grupos
carbonilo, que están interconectados con las cadenas de celulosa mediante enlaces de hidrógeno. La
presencia de este grupo se puede observar en la mayoría de las muestras, excepto en los tratamientos
con NaOH N + US, con una ausencia más notable en el tratamiento con NaOH 3.5 N + US. Este
resultado puede indicar la eficiencia de este método, y se puede corroborar aún más en la Fig. 8,
donde sólo se presentan los espectros de los tratamientos con los mejores resultados en términos de
liberación de AF (US II A y NaOH 3.5 N + US).
Figura 8. Espectros de FTIR de los tratamientos que produjeron la mayor concentración de AF
Figure 8. FTIR spectra of the treatments that produced the highest concentration of FS
15
García-Gómez et.al
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La banda de absorción en el rango de 1015-1027 cm-1, asociada con hemicelulosa, se atribuye a la
flexión del grupo carbonilo (C=O). El pico a 1024.15 cm-1 se atribuye al estiramiento del enlace C-O,
y las bandas indican deformaciones en celulosa y hemicelulosa. En los tratamientos con hidróxido
de sodio (NaOH) 2 N y 2.5 N (Fig. 7), se observa la presencia de dos picos de corta duración en las
bandas 1570-1414 cm-1, que no se visualizan en las otras concentraciones (3 N y 3.5 N). La asignación
de bandas de absorción para lignina incluye típicamente la vibración del anillo aromático a 1606,
1507 y 1434 cm-1, con la vibración aromática en un semicírculo (involucrando estiramiento C-C y un
cambio en el ángulo de enlace H-C-C) asignada a 1507 cm-1.
El estiramiento de los grupos carbonilo, de las cetonas y carboxilos no conjugados se extiende a 1732
cm-1 (Ghaffar y Fan, 2013). Las bandas 1606 cm-1 y 1645-1507 cm-1 se han atribuido al anillo aromático
de la lignina por Luo et al. (2018), mientras que Ghaffar y Fan (2013) lo ubican en 1434 cm-1. Además,
se detectó una banda semiancha en el rango de 897-918 cm-1, típicamente asociada con uniones β-
glucosídicas entre unidades de azúcares en hemicelulosa, particularmente en la región anómera (Luo
et al., 2018). Los picos por debajo de 500 cm-1 corresponden a compuestos inorgánicos presentes en
la muestra. La Fig. 8 presenta exclusivamente los espectros de los tratamientos más exitosos, junto
con el espectro de referencia no tratado (rastrojo no tratado), con fines comparativos.
En la banda 2934 cm-1, se observa el pico correspondiente al grupo metilo (CH3). El grupo carbonilo,
representativo de la lignina, está presente a 1737 cm-1 tanto en el blanco como en el tratamiento de
ultrasonido, pero está ausente en el tratamiento químico asistido por ultrasonido. Además, se indica
la presencia de grupos hidroxilo en la posición 1636 cm-1, seguido de picos correspondientes al
estiramiento de los enlaces Carbono-Oxígeno (C-O). Estos espectros confirman cambios notables en
la estructura del material lignocelulósico, siendo el tratamiento con NaOH más ultrasonido el que
exhibe cambios más pronunciados. Cualitativamente, basándose en los resultados de las derivadas
obtenidas con el software Origin 8.5.1 (OriginLab Corporation, USA), se estimó que el tratamiento
de ultrasonido con agua destilada redujo el contenido de lignina en un 70 %, mientras que el
tratamiento de NaOH 3.5 N más ultrasonido logró una reducción del 99 % (Fig. 9).
Figura 9. Derivada del pico de absorción perteneciente al grupo carbonilo de la lignina.
Figure 9. Derivative of the absorption peak belonging to the carbonyl group of lignin
16
García-Gómez et.al
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Existen varios estudios que utilizaron pretratamiento de la biomasa con NaOH asistido de
ultrasonido reportando diversos porcentajes de deslignificación. Uno de los estudios fue el realizado
por Subhedar et al. (2018) quienes reportaron el 68 % de eliminación de lignina en semillas de bon
bogori (Ziziphus rugosa), 65 % en cáscara de nuez de areca (Areca catechu) y 64 % en semillas de moj
(Albizia lucida). Además, Subhedar et al. (2018) reportaron la eficiencia de deslignificación del 70.4 %
(cáscara de cacahuate), 80.0 % (fibra de coco) y 78.9 % (cáscaras de pistacho) Por otro lado,
(Mohapatra et al., 2017) informaron eficiencias de eliminación de lignina del 80.4 % y 82.1 % para la
hierba Denanath y la hierba híbrida Napier, respectivamente, después del pretratamiento ácido
asistido por ultrasonido. También se observó que un aumento en la potencia de la sonicación mejoró
la eficiencia de deslignificación.
3.4 Hidrólisis enzimática convencional
La liberación de AF en la etapa de sacarificación dependerá de la eficiencia del pretratamiento
(Reales et al., 2016); de los 2 tratamientos con los que se obtuvo la mayor concentración de azúcares
fermentables (NaOH 3.5 N US y US II A) se seleccionó, para realizar la hidrólisis enzimática
convencional y la asistida con US, el que tuvo menor gasto de insumos y generó menos residuos
contaminantes, es decir, el producto del pretratamiento US II A (RA + agua). Los resultados de la
cinética de hidrólisis enzimática del RA pretratado para la conversión a AF y la productividad en
gramos de AF por gramo de sustrato utilizado (g AF gsubstrato-1) se muestra en la Fig. 10. La mayor
concentración de AF (4.8 mg mL-1) se alcanzó a las 4 horas. Otros estudios han informado tiempos
de reacción de 4.5 y 6 horas, con resultados comparables a los obtenidos en este estudio (Patil et al.,
2019; Subhedar et al., 2018). El análisis del rendimiento de la enzima se llevó a cabo durante períodos
más largos, como 75 y 80 horas; la productividad se mantuvo constante alrededor de 0.08 (g AF g
substrato-1). Estos datos no se muestran, pero demostraron que la actividad enzimática fue máxima
a las 8 horas de tiempo de reacción. La composición química del sustrato influye en el rendimiento
de la hidrólisis, así como en la cantidad de azúcares liberados. Además, factores como la
concentración del sustrato, el tipo y el tamaño de partícula juegan un papel en la eficiencia del
proceso. Cabe destacar que algunos estudios (Subhedar y Gogate, 2016) utilizaron tamaños de
partícula definidos, que probablemente sean más pequeños que los utilizados en este estudio.
Figura 10. AF obtenidos durante el proceso de hidrólisis enzimática convencional de RA pretratado.
Figure 10. FS obtained during the conventional enzymatic hydrolysis process of AS pretrated.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Rendimiento (gAF gsustrato-1)
AF (mg mL-1)
Tiempo (h)
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Dewi et al. (2019) evaluaron la hidrólisis de la cáscara de arroz utilizando la misma enzima usada en
este estudio a un pH de 5.0, 50 °C y 72 horas de hidrólisis, con sustrato del 5 % (p/v) y 0.3 mL g-1 de
la enzima; obteniendo 39.89 mg mL-1 de AF con un rendimiento del 73.2 %. Por otro lado, Cruz-
Cardona et al. (2019) utilizaron residuos de cebada como sustrato y evaluaron Viscozyme L
(actividades β-glucanasa, celulasa, hemicelulasa y xilanasa), Celluclast 1.5L (derivado de Trichoderma
reesei), Hemicelulasa (derivada de Aspergillus niger) y Xilanasa (derivada de Aspergillus oryzae). Los
tratamientos enzimáticos se llevaron a 50 °C, con agitación constante a 250 rpm, pH 5.0, sustrato 5 %
(p/v). El valor máximo de glucosa obtenido fue de 16.5 mg mL-1 para Viscozyme L. En otro estudio,
utilizaron residuos de poda de 2 variedades de césped: elefante (Pennisetum sp) y King (Pennisetum
hybridum) (Cardona et al., 2013); la reacción se llevó a cabo de la siguiente manera: 30 FPU g-1 de
biomasa de Accellerase 1500, 50 °C, agitación a 180 rpm, pH 4.8 y 11 % (p/v) de césped. Las
concentraciones máximas de AF fueron de 515.6 y 563.3 mg g-1 de biomasa para césped elefante y
césped King respectivamente. Las variables con mayor influencia en el proceso de hidrólisis fueron
la accesibilidad del sustrato al ataque enzimático, la temperatura y la cantidad de sustrato utilizada;
que en este trabajo fue similar a la utilizada en los estudios mencionados (Dewi et al., 2019; Patil et
al., 2019).
3.5 Hidrólisis enzimática asistida por ultrasonido
Los resultados obtenidos de la hidrólisis asistida por ultrasonido se presentan en la Fig. 11.
Se puede observar un aumento en la liberación de AF a medida que aumenta el tiempo de reacción.
Sin embargo, la mayor concentración de obtuvo a los 75 minutos, y a partir de los 90 minutos en
adelante, la concentración de AF se mantuvo constante. Además, el uso del ultrasonido mostró un
aumento significativo y una reducción en la concentración y el tiempo requerido para la liberación
de AF, en comparación con el enfoque convencional. Estos resultados se atribuyen al efecto de
cavitación de las ondas ultrasónicas, que genera fuerzas de corte elevadas que rompen los
conglomerados de partículas, dispersándolos en partículas individuales y facilitando la acción de las
enzimas sobre el sustrato (Dewi et al., 2019). El rendimiento fue mayor en comparación con el
obtenido con el enfoque convencional (Fig. 11), esto podría atribuirse a la asistencia del ultrasonido.
Figura 11. AF obtenidos durante la hidrólisis enzimática asistida por ultrasonido y la productividad del sistema
de RA pretratado.
0.15
0.18
0.21
0.24
0.27
0.30
10
11
12
13
14
15
015 30 45 60 75 90 105 120
Rendimiento (gAF gsustrato-1)
AF (mg mL-1)
Tiempo (min)
18
García-Gómez et.al
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Figure 11. FS obtained during ultrasound-assisted enzymatic hydrolysis and system productivity of AS
pretrated.
En estudios centrados en la obtención de AF en el proceso de sacarificación, Huang et al. (2020)
obtuvieron un concentrado de glucosa de 3.1 mg mL-1 en 24 horas utilizando corontas de maíz y
celulasa comercial. Mencionan que el sustrato pretratado con ultrasonido produjo un rendimiento
de glucosa más alto (45.5-52.1 %) en comparación con el sustrato no tratado (19.9 %). De manera
similar, Lunelli et al., (2014) utilizaron bagazo de caña de azúcar y obtuvieron un rendimiento de
0.26 gAF g de sustrato-1. Por otro lado, Subhedar et al. (2018) investigaron las condiciones óptimas
para obtener AF a partir cáscaras de cacahuate, fibra de coco y cáscaras de pistacho; el rendimiento
fue de 10.2, 12.1 y 8.1 mg mL-1, respectivamente. Reportaron en su estudio que el ultrasonido mejoró
la actividad catalítica y redujo la barrera de difusión que rodea al sustrato, lo que lleva a un aumento
de las tasas de reacción de hidrólisis (Subhedar et al., 2018). Las condiciones utilizadas en su
investigación (temperatura, potencia, ciclo de trabajo) fueron similares a las de este estudio.
Gasparotto et al., (2015), por otro lado, probó que el uso bagazo de caña de azúcar y una celulasa
comercial aplicando ultrasonido mejoró la hidrólisis enzimática, dando como resultado 89.37 % más
AF que con el sustrato no sonicado. En otro estudio con bagazo de caña de azúcar (Meléndez-
Hernández et al., 2016) en el que trabajaron bajo condiciones óptimas obtuvieron un rendimiento del
62.69 % y una concentración de AF de 24.99 mg mL-1. En general, con la hidrólisis enzimática asistida
con ultrasonido, las concentraciones de AF fueron mayores en comparación con la hidrólisis
convencional, junto con una reducción significativa en el tiempo de reacción.
4. Conclusiones
Los mejores resultados se obtuvieron con pretratamientos asistidos por ultrasonido. El
proceso de deslignificación se ve favorecido por la asistencia del ultrasonido. No se encontraron
diferencias significativas entre las concentraciones de AF obtenidas con los métodos físicos (rastrojo
+ agua asistido por ultrasonido) y el método combinado (NaOH 3.5 N + US) (P≤0.05). Los espectros
FTIR demostraron que la modificación estructural de la lignina y de compuestos con enlaces β-
glucosídicos fueron observados con el método físico (US II A) y el método combinado (NaOH 3.5 N
+ US), obteniéndose el mayor porcentaje de modificación estructural con este último. Sin embargo,
es importante especificar que, desde una perspectiva ecológica y económica, el método apropiado
para el rastro de amaranto es el método físico US II A (RA + agua + ultrasonido). Basándonos en los
resultados obtenidos en el proceso de sacarificación, se sugiere utilizar la hidrólisis enzimática
asistida por ultrasonido en futuros estudios para la sacarificación del rastrojo de amaranto
pretratado.
Contribuciones de los autores
Conceptualización, M.J.G.G.; investigación, D.Y.C.V.; recursos, M.J.G.G., O.N.G., C.N.H. y J.C.A.;
redacción-redacción del borrador original, M.J.G.G.; redacción-revisión y edición, O.N.G., C.N.H. y
J.C.A.; visualización, M.J.G.G., O.N.G., C.N.H. y J.C.A.; supervisión, M.J.G.G.; administración del
proyecto, M.J.G.G.; obtención de financiación, M.J.G.G. Todos los autores han leído y aceptado la
versión publicada del manuscrito.
19
García-Gómez et.al
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XIX (4): e1765 (2025)
Agradecimientos
Chávez-Valerio, D. Y. agradece la beca de Maestría de CONAHCyT (942292). Proyecto financiado
por CONAHCyT convocatoria Ciencia Básica y de Frontera 2023-2024 (CBF2023-2024-4368).
Conflicto de interés
Los autores declaran que no existen conflictos de interés para la publicación de estos resultados.
Nomenclatura
AF
Azúcares fermentables
RA
Rastrojo de amaranto
bs
base seca
DNS
Ácido dinitrosalicílico
NaOH
Hidróxido de sodio
N
Concentración Normal
FTIR
Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier
CO2
Dióxido de carbono
H2SO4
Ácido sulfúrico
Ca(OH)2
Hidróxido de calcio
KOH
Hidróxido de potasio
p/v
Relación peso volumen
p/p
Relación peso peso
rpm
Revoluciones por minuto
FDN
fibra detergente neutra
FDA
fibra detergente ácida
CH3
grupo metilo
US
ultrasonido
M
Concentración molar
AS
Amaranth stubble
5. Referencias
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pretreatments on corncob fractionation: Pretreated biomass characterization and regenerated
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https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111785
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Amaranthus hypochondriacus L. (Tesis de Maestría, Universidad de Autónoma Metropolitana).
https://doi.org/10.24275/uami.2b88qc43c
20
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