Producción de bioetanol como estrategia
Como estrategia pedagógica para el desa-rrollo del pensamiento y de la capacidad propositiva de los aprendices en el área de ciencias básicas en la Tecnoacademia Manizales, se propuso la producción de bioetanol a partir de la pulpa de café, como el escenario para el desarrollo de la competencia propositiva en aras de generar un aprendizaje significativo en las ciencias básicas, que no solo permita una mejor apropiación de conceptos, sino que impulse al alumno a desarrollar la capacidad de proponer soluciones a los problemas cotidianos que afectan su entorno y la región.
Bioetanol, aprendizaje significativo, estrategia pedagógica, competencia propositiva.
Bioethanol, meaningful learning, teaching strategy, proactive competition.
As a pedagogical strategy for the deve-lopment of apprentices thinking and proactive capacity in the area of basic science in Tecnoacademia Manizales, it was proposed to have bioethanol production from coffee pulp, as the setting for the development of proactive competition, in order to generate signi-ficant learning in the basic sciences that not only allows for a better appropriation of concepts, but encourages students to develop the ability to propose solutions to everyday problems that affect their environment and the region.
Resumen
Palabras Claves
Keywords
Abstract
Los aprendices en las instalaciones de Tecnoacademia Manizales durante el proceso de producción de bioetanol a partir de la pulpa de café.
Producción de bioetanol como estrategia
pedagógica para el desarrollo de competencias en ciencias básicas
Si bien los combustibles fósiles son la principal fuente de energía a nivel mundial, siendo el petróleo y el carbón los de mayor demanda; no obstante, es un recurso ener-gético no renovable. (Benavides et al., 2015) Por esta razón, diversas investigaciones se enfocan actualmente en la búsqueda de tecnologías que permitan generar nuevas fuentes de energía. En los últimos años se ha reportado el uso de células microbianas (levaduras y bacterias), como organismos prometedores en la producción de etanol, el cual muy coherentemente se ha denomi-nado bioetanol.
El etanol es un compuesto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que puede utilizarse como combustible, y que solo o mezclado de la forma correcta en determinadas cantidades con gasolina, se ha utilizado principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petróleo.
De otra parte, el bioetanol se viene produ-ciendo a partir de cereales, remolacha o caña de azúcar, provocando un conflicto a la hora de establecer si estos cultivos deben usarse para alimentación humana o para la generación de combustible (Rondón et al., 2015).
Además, se hace necesario que las prácticas
Introducción
lo aplique; en este sentido es común ver estu-diantes al interior del aula, capaces de definir un concepto, pero presentan una gran difi-cultad a la hora de entender cómo utilizar el concepto para la resolución de problemas reales y cotidianos, pues para ello se deben fortalecer competencias básicas como la propositiva.
La competencia propositiva ha sido definida por el Instituto Colombiano para el Fomento de la Educación Superior (Icfes) como “la facultad de imaginar y proponer nuevas inter-pretaciones y cursos de acción, esto es, la competencia propositiva, es específicamente humana y pertenece a todos los individuos de la especie, aunque encuentre modos distintos de manifestarse y desarrollarse en cada uno” (Icfes, 2007), por esta razón es necesario forta-lecer esta competencia, más aún cuando forma parte de las Pruebas Saber para grado noveno.
Según Torres, la metodología científico expe-rimental facilita que las prácticas académicas planteen el aprendizaje de la ciencia como un proceso de construcción social de teorías y de modelos; los docentes se convierten en guías para que sus alumnos logren cambios tanto en los conceptos, como en las actitudes y en los procedimientos, lo que permite un mayor desarrollo cognitivo que los faculte para resolver problemas teóricos y prácticos (Torres,
Para la producción de bioetanol mediante la pulpa de café, se siguió la metodología propuesta por Rodríguez Valencia Nelson con algunas modificaciones (Rodríguez, 2013). Todo el proceso se realizó en las instalaciones de Tecnoacademia Manizales.
Pulpa de café
Como residuo lignocelulósico se utilizó pulpa de café, esta fue recolectada de una finca del área rural del municipio de Neira, la pulpa fue recogida en bolsas de polipropileno el mismo día que se cosechó el café, se tomaron cuatro kilogramos de pulpa y se transportaron hasta el laboratorio de ciencias básicas de Tecnoa-cademia Manizales donde se almacenó a -20 °C hasta el momento de su uso, dos días después.
Microorganismo
Se utilizó Saccharomyces cerevisiae para la fermentación alcohólica, este se obtuvo de una marca comercial de levadura seca activada para procesos de panificación. La levadura fue cultivada en agar extracto de malta y se preservó con glicerol como crioprotector al 20% y se almacenó en tubos ependorf a -20°C.
Hidrólisis ácida
Con el fin de romper la lignocelulosa y proporcionar a la levadura, azúcares para la fermentación, se realizó una hidrólisis ácida con ácido sulfúrico (GFM, 2010), se trabajó
mediante una proporción de dos litros de agua por cada kilogramo de pulpa, posteriormente se adicionó el ácido sulfúrico al 1% por cada 0,5 kg de pulpa de café; se dejó calentar el material a 75 grados centígrados durante 90 minutos, tiempo durante el cual se midieron los grados Brix con un refractómetro de lectura análoga 0-32 °Brix.
Fermentación
El material procedente de la hidrólisis ácida, se filtró y se colocaron 1000 mL del caldo de fermentación en frascos schott, posteriormen-te se autoclavó por 20 minutos a 121 °C, se adicionó la levadura a una proporción del 1% en los frascos de fermentación, este proceso se hizo por triplicado. Los frascos fueron agitados cada seis horas durante 36 horas.
Destilación
Se realizó una destilación simple para purificar el alcohol, esta se hizo con un balón de despren-dimiento lateral y adicionando 0,1% v/v de aceite vegetal como antiespumante, posterior al destilado se realizó una rectificación del alcohol.
Determinación de la pureza del alcohol
Mediante el método del picnómetro se realizó una curva patrón de etanol, para ello se tomaron soluciones estándar de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 96% de etanol, los datos fueron procesados mediante el programa Excel de Office 2010.
Los datos tomados durante la hidrólisis ácida se resumen en la Tabla 1. A partir del inicio de la hidrólisis se midieron los grados Brix, los cuales fueron aumentando de forma moderada a medida que transcurría el tiempo, las mediciones se realizaron cada 30 minutos.
2. Resultados y discusión
Tabla 1. Medida de los grados Brix en la hidrólisis ácida.
Los datos obtenidos en la hidrólisis ácida sugieren un aumento en la formación de azúcares biodisponibles para la levadura. Pasadas 36 horas, se procedió a destilar el caldo fermentativo con el fin de determinar la cantidad de alcohol obtenido, en la Tabla 2 se resume el porcentaje de alcohol contenido en cada una de las tres réplicas montadas para el proceso de fermentación alcohólica, además en la Figura 1, se muestra la curva de calibración obtenida mediante el método del Picnómetro.
Tabla 2. Volumen del destilado y porcentaje de etanol obtenido.
Los datos obtenidos reflejan que el promedio de etanol obtenido fue de 21,3 mL; Rodríguez en sus estudios reportó una producción de etanol utili-zando jugos obtenidos del prensado de la pulpa de café fresca en una combinación 1:1 de agua y pulpa, sin realizar hidrólisis y mediante el uso de levaduras comerciales secas y prensadas, encontran-do promedios de rendimiento de 47,95 mL/L de calencontran-do fermentativo, el cual fue medido por hidrometría con un contenido de etanol de 98,43% y en un segundo ensayo 22,62 mL/L con un contenido etanólico de 96,60% (Rodríguez , 2007).
Otros materiales lignocelulósicos, provenientes de residuos agrícolas se han venido utilizando con resul-tados variables, tal es el caso de las hojas de la caña de azúcar, piña e incluso papel Bond (Zamora et al., 2014), obteniéndose producciones de 1.1, 3.2 y 0.75 g etanol / 100 mL o 100 g de materia prima respecti-vamente.
La baja capacidad de S. cerevisiae de fermentar el hidrolizado de la pulpa de café a pesar de tener un contenido de carbohidratos libres muy similar al de un jugo de frutas se sustenta en que los hidrolizados ácidos están constituidos en su mayoría de xilosa (Jutakanoke, et al., 2012), carbohidrato constituido de cinco carbonos y que es un constituyente de la hemicelulosa, este no es metabolizado por S. cerevi-siae. No obstante, las nuevas herramientas y métodos en biología molecular han permitido incorporar en S. cerevisiae las rutas metabólicas provenientes de otros microorganismos como el género levadurifor-me Pichia que lo habilitan bioquímicalevadurifor-mente para fermentar la xilosa, lo cual repercute en una mayor producción de bioetanol (Ha, et al., 2010).
La cantidad de investigaciones existentes enfocadas a la producción de bioetanol mediante material lignocelulósico es abundante y los procesos tienden a complejizarse cada vez más en pos de mejorar los rendimientos; no obstante, los residuos agrícolas siguen siendo una fuente amplia para generar productos de valor agregado como el etanol. De otra parte, para que la enseñanza de las ciencias genere aprendizajes significativos, se requiere de manera muy puntual que el aprendiz interactúe con los fenómenos observados, pues de esta manera recrea
Conclusiones
Los aprendices en compañía de su facilitador analizan la curva de calibración obtenida mediante el método del Picnómetro.
los mismos procesos cognitivos que dieron origen a ese conocimiento, en este sentido la observación y la expe-rimentación tienen un papel central en la educación ya que son la obser-vación y la experimentación los que permiten generar el conocimiento en los sistemas biológicos pues estos son complejos y variables, de esta manera, la enseñanza de las teorías existentes en los aprendices permite mejorar el proceso de aprendizaje.
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Cristian Alonso Rodríguez González, facilitador de Biología;
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