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INTRODUCCIÓN
Actualmente el café lidera la lista de los productos que más se comercializan en los mercados nacionales e internacionales ya que muchos países tienen este producto como un pilar en su economía (Vegro y Florêncio, 2020); además, es el segundo producto más comercializado en el mundo después del petróleo y la segunda bebida más popular después del agua (Echeverri et al., 2005; Figueroa et al., 2012). Por esta razón se generan elevadas cantidades de residuos durante el procesamiento del café que deben ser tratados antes de su disposición final (Ravindran et al., 2017).
La producción de café en Colombia durante 2016 fue de aproximadamente 14,2 millones de sacos de 60 kg entre el mes de enero y diciembre (FNC, 2016), siendo el departamento del Huila (Colombia) el primer productor de café con una participación nacional del 18,07 %; sin embargo, se presentó una disminución del 4,5 % para el año 2018 con unos 13,5 millones de sacos de 60 kg. En 2019 la producción aumentó en un 9 % con un total de 14,8 millones de sacos de 60 kg y para el año 2020 la producción de café disminuyo un 6,7 % para un total de 13,9 millones de sacos de 60 kg (FNC, 2019).
En el procesamiento del café, específicamente en el beneficio por vía húmeda, se obtienen como residuos pulpa fresca (exocarpo) y mucílago, que de forma habitual son vertidos a los medios receptores (Fernández et al., 2020; Suarez, 2012). El impacto ambiental provocado por el alto contenido de cafeína y taninos los hacen tóxicos en la naturaleza y en las fuentes hídricas al ser vertidos. Esto genera graves problemas en los medios acuáticos como la desaparición de especies por la disminución del oxígeno debido a la elevada carga orgánica de estos residuos y el aumento de la acidez en las aguas, lo que resulta posteriormente en una proliferación de microorganismos indeseables, generación de malos olores, aparición de patógenos, moscas y otros insectos y provoca la contaminación del agua, hecho que limita su utilización para consumo humano, lo cual es bastante preocupante (Londoño et al., 2020).
Estudios desarrollados hasta el momento indican que por cada kilogramo de café cereza se obtienen 436 gr de pulpa fresca. Con la producción nacional de 2019 se generaron 371 472 t de pulpa fresca de las cuales más del 80 % se ha vertido a las fuentes hídricas sin ningún tipo de aprovechamiento. Estas cifras son alarmantes teniendo en cuenta que en su mayoría estos residuos no están siendo tratados y su disposición final son ríos o lagos (Rodríguez y Zambrano, 2010).
Al comparar la contaminación causada por los residuos de la industria del café (pulpa) y la producida por el hombre en términos de carga orgánica en un agua residual urbana, se tiene que por cada millón de sacos de 60 kg de café almendra que Colombia exporta, se generan 162 900 t de pulpa fresca, que al no ser tratados adecuadamente producen una contaminación equivalente a la orina y excretas generadas en un año por una población de 310 000 habitantes (Rodríguez, 2009).
Por otra parte, la producción de bioetanol ha experimentado un crecimiento en los últimos años en América Latina; en Colombia se estima un consumo medio de 1,9 millones de litros al día (FNBC, 2019), por lo que se hace conveniente implementar nuevos procesos y desarrollar tecnologías más eficientes que permitan su producción. Una alternativa es el aprovechamiento de residuos orgánicos biodegradables, como el caso de la pulpa del café; esto permitiría que Colombia camine en el desarrollo de procesos sostenibles y amigables con el medio ambiente, generando alternativas de desarrollo y contribuyendo al uso de energías limpias y a la sustitución de los combustibles fósiles (Soomro et al., 2020).
El objetivo principal de este estudio, pues se centró en investigar el aprovechamiento de la pulpa de café mediante el proceso de fermentación para la obtención de bioetanol. Los procesos planteados en este estudio pueden ser de gran interés y dar el punto de partida a nivel local, para realizar otras investigaciones más profundas y poder dar soluciones medioambientales, económicas y sociales al sector cafetero enfocadas al tratamiento y aprovechamiento de los residuos generados en el procesamiento del café (Fernández et al., 2020; FNC, 2014).
MATERIALES Y MÉTODO
Materia prima: pulpa de café
Como materia prima se utilizó pulpa de café variedad Castillo, procedente de la vereda Alto Fátima y El Mesón, del municipio de Garzón, departamento del Huila (Colombia). Para el estudio se utilizó pulpa de café obtenida del beneficio húmedo. El experimento se realizó en dos periodos del año de producción: la mitaca (primera fase o ensayo preliminar) y la cosecha (segunda fase o ensayo a mayor escala). Para el beneficio se emplearon 34 kg de café, donde después del beneficio húmedo se generaron como residuo 15 kg de pulpa. Las muestras fueron transportadas al laboratorio de microbiología de alimentos de la facultad de ingeniería de la Universidad Surcolombiana en contenedores limpios y refrigerados; esto con el fin de evitar alteraciones en la composición de la muestra.
Caracterización fisicoquímica y microbiológica
La caracterización del residuo (pulpa de café) se realizó mediante el análisis de los siguientes parámetros: pH, sólidos solubles, acidez titulable (expresado como ácido láctico), color, DQO y sólidos totales. Todos los ensayos fueron realizados según el método (AOAC International, 1995). Para la determinación del color se utilizó un colorímetro para líquidos Konica Minolta, modelo CR-410, usando el método CIE (Comisión Internacional Eclairage), usando el iluminante D65 y un ángulo de observación de 10°. La determinación de DQO total y DQO soluble se realizó mediante la metodología de reflujo abierto según el Standard Methods (APHA, 2005). Para el recuento de microorganismos, tanto de levaduras como de Bacterias Ácido Lácticas (BAL), se empleó la metodología descrita por Madigan et al. (2009).
Fases del ensayo: fermentación y destilación
1. Fase I. Fermentación en fase preliminar
Las fermentaciones se llevaron a cabo a temperatura ambiente de Neiva-Huila, entre 31,5 °C y 34,7 °C (Hurtado, 2012), en tanques de fermentación de 4 litros con tapa hermética que garantiza la anaerobiosis durante 20 días; se realizaron dos tratamientos con las levaduras nativas presentes en la pulpa de café. TP-1 empleó 2 kg de pulpa en 2 L de agua y TP-2 empleó 2 kg de pulpa triturada en 2 L de agua. Los tanques se mantuvieron completamente agitados para garantizar una muestra homogénea.
2. Fase II. Fermentación en ensayo a mayor escala
La fermentación en el ensayo a mayor escala se llevó a cabo por triplicado durante cinco días en tanques de fermentación de cinco litros con tapa que garantiza la anaerobiosis. Se realizaron dos tratamientos: TP-3, que contenía 4 kg de pulpa diluida en 1 L de agua y TP-4, que contenía 4 kg de pulpa triturada en 1 L de agua más la adición de 1,05 g de levaduras Saccharomyces cerevisiae (Var. bayanus). El líquido obtenido al finalizar la fermentación se llevó a destilación simple.
3. Destilación simple
El proceso de destilación simple se llevó a cabo en un montaje de laboratorio preparado para este estudio. La producción de bioetanol a partir de los residuos generados en la industria agroalimentaria como materia prima brinda la pertinencia de un biocombustible mucho más limpio y de bajo carbono que puede ser una alternativa de los combustibles fósiles (Ayodele et al., 2020). La destilación del residuo fermentado se realizó empleando 250 ml de la muestra fermentada a una temperatura de 80 °C.
4. Medición del contenido de etanol
El contenido de etanol se midió usando el método del picnómetro; se utilizó la ecuación 1. Al destilado obtenido se le determinó el grado alcohólico con la ayuda del picnómetro (AOAC International, 1995). Con el volumen del destilado y los grados alcohólicos se determinó la cantidad de alcohol obtenido en el proceso de fermentación por cada litro de la solución de pulpa fermentada.
Donde la ρ es la densidad de la muestra destilada (g/ml), m a es la masa del picnómetro vacío (g), m b es la masa del picnómetro lleno de agua destilada (g), m c es la masa del picnómetro lleno con muestra de pulpa (g) y la densidad del agua ρ H20 a 20 °C (Garduño et al., 2014). Debido a que en la ecuación anterior se tiene como resultado la densidad de la muestra, se buscaban los valores tabulados correspondientes al peso del etanol en % (Vogt, 1972).
Análisis estadístico
El análisis estadístico se hizo con el software Statgraphics Centurion XV. Los datos obtenidos se obtuvieron por triplicado de los parámetros fisicoquímicos (pH, sólidos solubles, acidez color y DQO) y microbiológicos (recuento de BAL y recuento de levaduras). Estos se sometieron a análisis de varianza simple (ANOVA) con el fin de evaluar el efecto del tiempo de fermentación y los rendimientos para cada uno de los tratamientos. Las diferencias estadísticas entre las medias se determinaron mediante comparaciones (LSD) de Fisher y se consideraron significativas a P <0,05.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización fisicoquímica de la pulpa
Los datos obtenidos en la caracterización fisicoquímica de la pulpa se muestran en la tabla 1. Se puede observar que en términos generales la pulpa obtenida del beneficio húmedo está constituida en su mayoría por material orgánico debido a que la DQO es muy elevada. También presenta otros componentes como nitrógeno, lignina, celulosa, hemicelulosa, cafeína, taninos y demás.
Tabla 1 Caracterización de la biomasa en las dos fases experimentales.
| Fase | Fase preliminar | Fase de verificación a mayor escala | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Parámetro | TP-1 | TP-2 | TP-3 | TP-4 | |
| pH | 4,71±0,03 | 4,63±0,01 | 4,42±0,07 | 4,41±0,01 | |
| Sólidos solubles (°Brix) | 1,97±0,06 | 2,90±0,00 | 6,56±0,21 | 10,27±0,44 | |
| Acidez (g/L) | 0,72±0,02 | 1,08±0,01 | 3,54±0,45 | 3,96±0,36 | |
| Color | L* | 33,91±0,03 | 32,00±0,11 | 27,42±0,14 | 26,92±0,42 |
| a* | 8,14±0,03 | 9,46±0,04 | 6,08±1,00 | 4,96±0,13 | |
| b* | 11,07±0,01 | 8,04±0,12 | 2,31±0,54 | 3,72±0,43 | |
| DQO (ml/L) | -- | -- | 93270,00±3222,28 | 332666,67±19139,84 | |
Etapa de fermentación
La etapa de fermentación consiste en un proceso biológico de degradación anaerobia de los azúcares presentes, principalmente glucosa u otros nutrientes orgánicos hasta bioetanol y otros compuestos formados durante la fermentación (Puerta, 2010). Para este estudio se realizó el método de fermentación anaerobia no controlada, en el cual no se usa la pasteurización de la materia. En primera instancia se realizó la caracterización de la pulpa para luego dejarla fermentar en ausencia de oxígeno, además de colocar una trampa de gases con el fin de facilitar la salida de los gases producidos en la fermentación y evitar presiones excesivas. Dependiendo de los sólidos solubles de la pulpa varía el tiempo de fermentación como se muestra en los siguientes subtítulos.
1. Fermentación en fase preliminar
Una vez obtenidos los mostos de ambos tratamientos de la fase preliminar con levaduras nativas presentes en las muestras se procedió con los ensayos; se realizó el seguimiento de los parámetros como se muestra en la tabla 2 durante el proceso de fermentación de 20 días; cuando la actividad de las levaduras fue baja se detuvo el proceso ya que si continuaba se generaba acetogénesis (Suárez et al., 2019). Para cada parámetro se realizó un análisis con el fin de explicar los cambios que suceden durante el proceso fermentativo.
Durante el seguimiento del proceso se observó una tendencia similar en el comportamiento de los sólidos solubles, lo que indica una disminución debido a que los microorganismos presentes han consumido los azúcares para realizar procesos biológicos, siendo este comportamiento típico según lo observado por Puerta (2012). Los datos obtenidos en el parámetro de los sólidos solubles generaron curvas similares para los dos tratamientos, como la tendencia reportada por Guevara et al. (2012) y Rodríguez (2013). En el caso del tratamiento TP-2, se observa que los sólidos solubles varían según la descomposición de la biomasa; por tanto, disminuye hasta estabilizarse, además de encontrarse un mayor descenso de los sólidos solubles, lo cual indica que el pretratamiento de este residuo antes de la fermentación favorece la hidrólisis y la conversión de los azúcares hasta bioetanol.
El seguimiento del pH durante el tiempo de fermentación para TP-1 y TP-2 muestra un comportamiento similar durante el tiempo del ensayo. Durante los primeros días (0-8) se observa un descenso que puede ser debido a la transformación de los azúcares presentes en bioetanol y la desorción del CO2 generado; a medida que se incrementa el tiempo de fermentación disminuye el pH. Esta disminución es debido a la salida de CO2 y a la producción de ácidos; este comportamiento es similar a lo reportado por otros autores (Puerta, 2013; Rodríguez, 2013).
La acidez del material con los dos tratamientos se basó en el equivalente de ácido láctico; se observa que a medida que se incrementa el tiempo de fermentación aumenta la acidez. Según Acosta (2012), un elevado contenido de acidez inicial genera una baja velocidad de fermentación; esta investigación inicia con una baja acidez y a medida que pasa el tiempo aumenta gradualmente. Según Marín et al. (2003), al trascurrir la fermentación comienzan los procesos catabólicos por la degradación de la membrana celular y la presencia de los compuestos químicos y microorganismos que se derivan de este proceso, por tanto contribuyen al aumento de la acidez.
El color del tratamiento para pulpa y pulpa triturada con el espacio CIELab permitió una mejor observación de la evaluación del oscurecimiento del material. Teniendo en cuenta la coloración, se tomó como base representativa las coordenadas L y a* indicando un retroceso con respecto al tiempo atribuido a la homogenización del tratamiento. En este caso no se puede establecer relación entre ambos aspectos pues las concentraciones no siguieron una tendencia clara durante el proceso fermentativo; por lo tanto, se encuentra en el rango de la luminosidad poco oscura (Chiralt et al., 2007) debido a la oxidación del material, lo cual aumenta la acidez haciendo que varíe la mecanización.
Tabla 2 Evolución de parámetros fisicoquímicos presentes en los dos tratamientos de la pulpa de café en el ensayo preliminar.
| Tratamiento | Días/ parámetro | pH | Sólidos solubles (°Brix) | Acidez (g/L) | Color | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L* | a* | b* | |||||
| TP-1 | 0 | 4,71±0,03 | 1,97±0,06 | 0,72±0,02 | 33,91±0,03 | 8,14±0,03 | 11,07±0,01 |
| 8 | 4,23±0,02 | 3,10±0,00 | 7,20±0,20 | 40,45±0,01 | 7,36±0,02 | 15,21±0,02 | |
| 15 | 4,24±0,01 | 2,67±0,23 | 9,43±0,03 | 33,35±0,16 | 6,41±0,41 | 9,08±0,49 | |
| 20 | 4,28±0,02 | 2,97±0,06 | 9,43±0,02 | 35,93±0,09 | 5,73±0,03 | 11,38±0,06 | |
| TP-2 | 0 | 4,63±0,01 | 2,90±0,00 | 1,07±0,01 | 31,99±0,11 | 9,46±0,04 | 8,04±0,12 |
| 8 | 4,16±0,03 | 2,00±0,00 | 4,23±0,02 | 41,54±0,03 | 5,76±0,02 | 16,17±0,03 | |
| 15 | 4,18±0,03 | 1,97±0,06 | 6,48±0,01 | 31,87±0,09 | 7,68±0,02 | 8,25±0,08 | |
| 20 | 4,15±0,01 | 2,00±0,00 | 6,21±0,01 | 31,88±0,06 | 7,59±0,17 | 8,99±0,21 | |
2. Fermentación en ensayo a mayor escala
Luego de obtener resultados del ensayo preliminar de la pulpa se procede a realizar el ensayo a mayor escala siguiendo la metodología descrita anteriormente. Tras la puesta en marcha de los ensayos se modificó el tiempo de fermentación a cinco días; la adición de levaduras Saccharomyces cerevisiae (Var. bayanus) se realizó según el seguimiento de los parámetros de la tabla 3.
Tabla 3 Evolución de parámetros fisicoquímicos presentes en los dos tratamientos de la pulpa de café en el ensayo a mayor escala.
| Tratamiento | Días/ Parámetro | pH | Sólidos solubles (°Brix) | Acidez (g/L) | Color | DQO Total (mg/L) | DQO Soluble (mg/L) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L* | a* | b* | |||||||
| TP-3 | 0 | 4,42 ±0,07 | 6,56 ±0,21 | 3,54 ±0,45 | 27,42 ±0,14 | 6,08 ±1,00 | 2,32 ±0,54 | 93270,00 ±3222,28 | 52683,67 ±1816,24 |
| 1 | 4,23 ±0,04 | 6,37 ±0,39 | 5,12 ±0,29 | 29,38 ±0,13 | 12,50 ±0,84 | 5,47 ±0,79 | |||
| 2 | 4,02 ±0,05 | 5,74 ±0,22 | 6,99 ±1,17 | 29,42 ±1,57 | 11,51 ±2,02 | 5,49 ±2,55 | |||
| 3 | 4,00 ±0,06 | 5,43 ±0,13 | 8,21 ±0,73 | 28,13 ±1,60 | 10,46 ±2,06 | 4,61 ±2,18 | |||
| 4 | 3,97 ±0,09 | 5,33 ±0,13 | 9,66 ±0,86 | 27,08 ±1,70 | 10,49 ±1,87 | 4,69 ±1,94 | |||
| 5 | 3,92 ±0,04 | 5,26 ±0,09 | 10,09 ±1,02 | 29,39 ±0,94 | 10,90 ±1,20 | 5,82 ±1,62 | 189667,00 ±11503,6 | ||
| TP-4 | 0 | 4,41 ±0,01 | 10,27 ±0,44 | 3,96 ±0,36 | 26,92 ±0,42 | 4,96 ±0,13 | 3,72 ±0,43 | 332666,67 ±19139,84 | 292333,33 ±18610,03 |
| 1 | 4,23 ±0,03 | 10,24 ±0,24 | 4,37 ±0,41 | 26,33 ±0,14 | 5,93 ±0,61 | 1,24 ±0,10 | |||
| 2 | 4,03 ±0,02 | 7,74 ±0,13 | 7,64 ±2,77 | 26,97 ±0,38 | 9,37 ±1,79 | 2,44 ±0,73 | |||
| 3 | 3,93 ±0,02 | 6,99 ±0,06 | 11,03 ±0,59 | 27,17 ±0,43 | 11,30 ±1,17 | 3,29 ±0,72 | |||
| 4 | 3,88 ±0,04 | 6,88 ±0,07 | 13,43 ±1,60 | 28,08 ±0,59 | 10,85 ±1,54 | 3,88 ±0,96 | |||
| 5 | 3,85 ±0,03 | 6,67 ±0,05 | 13,99 ±0,66 | 26,41 ±0,59 | 11,27 ±1,42 | 3,36 ±0,77 | 381166,67 ±18610,03 | ||
Para el parámetro de pH se observó que poseen comportamiento similar; al adicionar levadura hubo mejores rendimientos en el tiempo de fermentación y producción de bioetanol. Los resultados muestran que a medida que se incrementa el tiempo de fermentación disminuye el pH; en el rango de tiempo (0-2 días) hay transformación de compuestos químicos en producción de alcohol, ácidos lácticos y CO2 que posteriormente se estabiliza inhibiendo el crecimiento de microorganismos en el rango de tiempo (2-5 días) y finalmente genera acetogénesis del alcohol siendo este comportamiento similar al reportado por Puerta (2013) y Rodríguez (2013).
La coordenada a* del sistema CIELab tomó una tonalidad entre rojo y verde; se reveló la presencia de valores de concentraciones de taninos según lo reportado por Noriega et al., 2009), lo cual se ve reflejado en la curva cromática de la coordenada a*, donde se puede observar que para el tratamiento con TP-3 en el intervalo de tiempo 0 y 1 día hay un brusco incremento pasando de 6,08 a 12,50 y que luego hay un descenso suave para los siguientes días; en cambio, en el tratamiento TP-4 se presenta un incremento moderado en el intervalo de tiempo de 0 a 3 días y se estabiliza hasta el día 5. Tuvo una tonalidad rojiza en todo su proceso y estuvo en un rango de 8,56 y 10,71 tal como lo describe Chiralt et al. (2007). Esto indica que triturar y agregar las cepas de levaduras influye en el cambio de las coordenadas L y a*.
El parámetro de DQO total en el ensayo presentó un incremento en este valor en el tratamiento de pulpa triturada con levadura debido a que se encuentra un mayor contenido de microorganismos en el medio y debido a la cantidad de oxígeno que requiere para oxidar la materia orgánica, lo cual difiere con lo descrito por Ramírez et al. (2015). Así, podemos decir que el 74,6 % de contaminación en el proceso de beneficio por 60 kg de café almendra de exportación es producido por la pulpa ya que se genera mayor volumen.
Figura 1 Recuento de BAL (izquierda) y levaduras (derecha) durante el proceso de fermentación con la biomasa de pulpa de café
En la curva de crecimiento de las BAL en la pulpa de café se puede detallar que entre los días 0 y 4 se encuentra la fase exponencial y posteriormente se encuentra la fase de muerte para los días 4 y 5 tanto para las 16 como para las 40 horas de recuento de colonias, lo que forma curvas similares (figura 1). Se obtuvo un crecimiento máximo de 7,93 logUFC/ml que se presentó a los 3 días para las 16 horas y de 7,82 logUFC/ml para las 40 horas. Blandon et al. (1999), reportan identificación de microorganismos del género Enterobacter, Staphylococcus, Serratia, Candida Escherichia, Citrobacter, Hafnia y Streptomyces. La comparación de sólidos solubles con el máximo crecimiento de BAL durante los primeros 2 o 3 días coincide con el máximo descenso de sólidos solubles, lo cual es coherente ya que es la etapa de máximo crecimiento o exponencial donde se están consumiendo todos los azúcares disponibles.
En la figura se presenta la curva de crecimiento de las levaduras en la pulpa de café. Se puede detallar que entre los días 0 y 3 se encuentra la fase latencia; luego, entre los días 3 a 4 se encuentra la fase exponencial y posteriormente se encuentra la fase de muerte para los días 4 a 5. Para las 16 y las 40 horas de recuento de colonias se obtuvo un crecimiento máximo de 7,61 logUFC/ml que se presentó a los 3 días para las 16 horas y de 8,18 logUFC/ml para las 40 horas, siendo curvas similares. Tal como describen Blandon et al. (1999), se identifican microorganismos unicelulares (levaduras) como son Torulopsis y Rhodotorula.
Determinación de la concentración de etanol
1. Concentración de etanol en el ensayo fase preliminar
Una vez finalizada la etapa de fermentación en cada ensayo con pulpa y pulpa triturada de café, las muestras obtenidas fueron procesadas mediante el método de destilación simple usando como base un volumen de 250 ml. En el ensayo preliminar los resultados no fueron significativos debido a que este proceso no estaba ajustado aún y la idea era establecer un protocolo para el resto de ensayos. En este sentido la destilación realizada en estos ensayos no fue favorable, es decir, no se obtuvo un volumen de bioetanol representativo debido al tiempo prolongado de la fermentación; es probable que el etanol formado se haya convertido en ácidos y compuestos gaseosos según lo reportado por Puerta (2012).
2. Concentración de etanol en el ensayo a mayor escala
La destilación para este proceso se llevó a cabo mediante el método de destilación simple. Las muestras con pulpa de café y pulpa triturada con levadura revelaron valores de etanol importantes. Se obtuvo una cantidad de bioetanol superior al reportado por Villa et al. (2019), que fue de 1,84 ml de bioetanol hidratado a partir de 500 g de la mezcla pulpa-agua.
Se obtuvo como resultado un mejor rendimiento en la producción de bioetanol con la adición de la levadura ya que hay una mayor eficiencia en la conversión de azúcares (Puerta, 2012). Al analizar los datos del peso del etanol (%) para la pulpa de café se obtuvo un 3,85 %. Se destaca el aumento de casi el 50 % con pulpa triturada más levadura que llegó a 6,6 % ya que la pulpa de café demora 45 días en la descomposición en condiciones de anaeróbicas (Balseca y Cabrera, 2011).
Determinación del potencial teórico de producción de biogás
La cantidad de biogás que potencialmente puede producirse se determinó teniendo en cuenta la DQO total y soluble de la pulpa y las vinazas producidas. Partiendo de que teóricamente es posible obtener 350 ml de biogás por gramo de DQO eliminada anaeróbicamente (Del Real Olvera et al., 2007), se observó que en el caso de la pulpa fresca la cantidad de biogás obtenida fue de 13,90 m3/d (tabla 4). Una vez finalizado el proceso de fermentación se obtuvieron unos residuos llamados vinazas los cuales deben ser tratados posteriormente. El volumen aproximado de las vinazas tras la fermentación fue de 91,8 ml. Estas vinazas presentaron una DQO elevada y en torno a 750 000 mg/L para la pulpa. Si estas son tratadas anaeróbicamente en un digestor podría producirse hasta 197,88 m3 biogás/día.
Tabla 4 Bioetanol obtenido de la biomasa de pulpa y pulpa triturada de café, pulpa y pulpa triturada de café con levadura y resultado del cálculo de biogás teórico.
| Parámetros | Pulpa de café | Pulpa triturada de café | Pulpa de café | Pulpa triturada con levadura |
|---|---|---|---|---|
| Densidad (g/cm3) | 0,9936 | 0,9945 | 0,9929 | 0,9886 |
| Peso del etanol % | 3,46 | 2,97 | 3,85 | 6,60 |
| Q biogás inicial (m3/d) | - | - | 13,90 | 77,12 |
| Q biogás vinazas (m3/d) | - | - | 197,88 | 160,42 |
En la producción de biogás se obtuvo una degradación de la materia orgánica en un 56 % para la pulpa. Se observó que al final de la fermentación, el biogás producido teóricamente es un 42,7% superior, como reportaron Rodríguez y Zambrano (2010). Por cada kilogramo de pulpa fresca genera 25 L de biogás y por cada kilogramo de DQO genera 287 L de metano, siendo el biogás una mezcla gaseosa constituida por metano que oscila entre el 50 % y el 80 % y gas carbónico con pequeñas trazas de vapor de agua, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, monóxido de carbono, nitrógeno, oxígeno y trazas de compuesto orgánicos (Kumar et al., 2020).
CONCLUSIONES
Esta investigación confirma que el residuo generado en el proceso de beneficio húmedo del café (pulpa), dependiendo del estado de maduración, es un excelente reservorio de azúcares que pueden ser metabolizados en bioetanol.
El aprovechamiento de estos recursos renovables impactaría positivamente en los aspectos económicos y ambientales de la región cafetera y sería una alternativa para disminuir la contaminación ambiental.
Esta investigación sirve como punta de partida para las investigaciones que se desarrollen en este tema, además de avanzar hacia un proceso sustentable y amigable con el medio ambiente, producir alternativas de desarrollo y promover el uso de energías limpias.
