Obtención de bioetanol a escala de laboratorio a partir de residuos de cáscara de piña generados en el Departamento de Santander
Cargando...
Fecha
2020-08-10
Enlace al recurso
DOI
ORCID
Google Scholar
Cvlac
gruplac
Descripción Dominio:
Título de la revista
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad Santo Tomás
Compartir
Documentos PDF
Cargando...
Resumen
La acumulación de residuos sólidos, generados principalmente por el desarrollo rural y urbano, ofrece una amenaza ambiental, ya que, se incurre en problemas como: presencia de roedores e insectos vectores de enfermedades, malos olores por descomposición de residuos, contaminación de fuentes hídricas y atmosféricas, deterioro del paisaje, entre otros (Narea, 2008). No obstante, los residuos sólidos ofrecen una oportunidad biotecnológica, relacionada con el aprovechamiento del material lignocelulósico que contiene; gracias a ellos, estos pueden ser usados como fuente de carbono en procesos de fermentación con microorganismos y de esta forma obtener productos de valor agregado como el etanol, el cual puede ser usado ampliamente en las industrias como la farmacéutica, cosmética, combustibles y energética, entre otras. (Vargas, 2016) (Cheng & Wang, 2013)
Este trabajo se planteó como objetivo el aprovechamiento de los residuos de la cáscara de piña (variedades Oro miel, Perolera y su mezcla 50- 50 % p/p), previo pretratamiento oxidativo y proceso de hidrólisis enzimática, para transformar el material lignocelulósico en azúcares simples fermentables, y a partir de estos, por acción anaeróbica de la levadura S. cerevisiae, producir etanol de segunda generación.
Con el fin de establecer las mejores condiciones operacionales para la obtención de la lignina presente en el residuo orgánico a utilizar, se aplicó un diseño 23, a partir del cual se establecieron como mejores condiciones, para la concentración de peróxido de hidrógeno (H2O2), tiempo y la temperatura, para el pretratamiento en el laboratorio de los residuos de piña de las variedades Oro miel y Perolera (7%, 1h y 25°C) y (3%, 1h y 25°C), respectivamente.
Tras el proceso de hidrólisis enzimática y obtención de los jarabes glucosados con un rendimiento de degradación de la biomasa (p/p) por acción de la enzima CellicCTec2 del 54%, proceso en el cual la hemicelulosa y celulosa presente se dregrada en monosacáridos que serán fermentados posteriormente. Para el proceso de fermentación, se realizó un diseño estadístico factorial 23, para la producción de etanol mediante fermentación anaerobia con la levadura S. cerevisiae a partir de este diseño se establecieron para las dos variedades de residuos de piña y la mezcla de estos (50:50 p/p), como mejores condiciones de fermentación 30°C, 36 h de reacción, pH 5,5 y agitación constante a 210 rpm.
La concentración de etanol obtenida a partir del jarabe fermentado fue de 10,8 gL-1 para la variedad Oro miel, 10,6 gL-1 para la variedad Perolera y 12,3 gL-1 para la mezcla de estas (%50- 50 p/p), partiendo de una concentración de glucosa de 20,2; 22,7 y 26,1 gL-1 respectivamente.
Adicionalmente, por medio de Análisis de Ciclo de Vida, se consideraron los impactos ambientales generados en cada una de las etapas del proceso (adecuación del material vegetal, pretratamiento, hidrólisis enzimática y fermentación), con lo cual se observó que el gasto energético en la etapa del proceso de pretratamiento fue el que mayor impacto tuvo.
Abstract
The accumulation of solid waste, generated mainly by rural and urban development, offers an environmental threat, since problems such as: presence of rodents and insects vectors of diseases, bad odors from decomposition of waste, contamination of water sources and atmospheric, landscape deterioration, among others (Narea, 2008). However, solid waste offers a biotechnological opportunity, related to the use of the lignocellulosic material it contains; Thanks to them, these can be used as a carbon source in fermentation processes with microorganisms and thus obtain value-added products such as ethanol, which can be widely used in industries such as pharmaceuticals, cosmetics, fuels and energy, among other. (Vargas, 2016) (Cheng & Wang, 2013)
The objective of this work was to take advantage of the residues of the pineapple peel (Gold honey varieties, Perolera and its mixture 50-50% w / w), after oxidative pretreatment and enzymatic hydrolysis process, to transform the lignocellulosic material into sugars. Simple fermentables, and from these, by anaerobic action of S. cerevisiae yeast, produce second generation ethanol.
In order to establish the best operational conditions for obtaining the lignin present in the organic waste to be used, a design 23 was applied, from which the best conditions were established for the concentration of hydrogen peroxide (H2O2), time and temperature, for the pretreatment in the laboratory of the pineapple residues of the varieties Oro honey and Perolera (7%, 1h and 25 ° C) and (3%, 1h and 25 ° C), respectively.
After the enzymatic hydrolysis process and the obtaining of the glucose syrups with a yield of degradation of the biomass (w / w) by the action of the CellicCTec2 enzyme of 54%, a process in which the hemicellulose and cellulose present are degraded into monosaccharides that will be subsequently fermented. For the fermentation process, a statistical factorial design 23 was carried out, for the production of ethanol through anaerobic fermentation with the S. cerevisiae yeast, from this design, they were established for the two varieties of pineapple residues and their mixture (50:50 p / p), as best fermentation conditions 30 ° C, 36 h reaction, pH 5,5 and constant stirring at 210 rpm.
The concentration of ethanol obtained from the fermented syrup was 10,8 gL-1 for the Oro Oro variety, 10,6 gL-1 for the Perolera variety and 12,3 gL-1 for the mixture of these (% 50- 50 w / w), starting from a glucose concentration of 20,2; 22,7 and 26,1 gL-1 respectively.
Additionally, through Life Cycle Analysis, the environmental impacts generated in each of the stages of the process (adaptation of the plant material, pre-treatment, enzymatic hydrolysis and fermentation) were considered, with which it was observed that the energy expenditure in the stage of the pretreatment process had the greatest impact.
Idioma
spa
Palabras clave
Citación
Guerra Carpintero, E, X. (2020). Obtención de bioetanol a escala de laboratorio a partir de residuos de cáscara de piña generados en el Departamento de Santander [Tesis de maestría]. Universidad Santo Tomás, Bucaramanga, Colombia