dornb re .' ..... Alvaro Galindo Barraza Ad

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A o m b r e del tutor Puesto M s c r i pción

Firma Alamrios

.. ,

. .

\ I

I RESUMEN

INTRODUCCION CZW.LIT )ADES

Composición de los residuos lignocelulósicos hetratamientos de los residuos lignocelUlósicos Degradación Microbiológica de la celulosa Hecanismo enzimático Hidrólisis enzimátic.a . ,

-

...

... ... ... ...

... ... ... Cultivo mixto de Cellulomonas flavigenas y Xanthomonas 2 . . e

3XPERIHERTA CION ... Materiales ... Diseño experimental ... Sistema de aspersión ... Métodos (&€micos ... Determinación de lignina residual en e l bagacillo tratado -. Métodos biológicos ... Conservación del cultivo mixto ... Freparaoión del inóc ... Prueba de contaminación ... Cinética de crecimiento del cultivo mixto Determinación de biomasa ... Determinación biológica del material tratado

...

...

1 '

2 4 4 7 15 15 16 18

Fermentación a 14 litros condiciones y metodologfa ... RESULTAWS

4- ... .. Cinética de degradación biolbgioa, biomasa y rendimiento - celular d.el bagaoillo de caña tratado con Ca(0H) Fermentación del bagacillo tratado a diversas condiciones según

Fermentación a 14 litros con el mejor sistema de protretamiento

2

el diseño experimental ... 53

por aspersión oon Ca(OH)2. - 0 . 59 BVALUACION ECOHONICA

CON&USIONES BIBLIOGRAFIA

19 19 22

23 30

30 31 31 31 ,31 34 35 41+" 42 45 47

. .

Q

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OBJETIVO

Contribuir a mejorar técnica y econdmicamente el proceso

de prodúcción de proteina unicelular a partir de resi-

duos lignoceluldsicos que está comprendido en el proyec-

tos PvT/AI/HAL/185/3171 financiado por COWIICYT.

E% base a los resúltados obtenidos se pretende comprobar

que el pretratamiento con Ca(OB)2, .para los residuos l&

nooeluiOsicos, sea el mejor sistema de pretratamiento, J

que además se emplee en la produocidn

'biana a nivel de planta píloto, an.do

mejor alternativa para la planta

elaboraci6n del paquete de Ingeni

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R S S W

Este trabajo presenta un sistema de pretratamiento de l baga-

c i l l o de caña, asperjado con hidrdxido de calcio. Primeramente se e s ta

blece una ser i e de experimentos en base a un diseño fac tor ia l , para - evaluar e l e fecto de variables independientes: concentracidn d e l aka-

li, humellid y temperatura en l a e f i c ienc ia del pretratamiento.

,

La e f i c i enc i a de l pretratamiento se determina por l a degrada-

cidn que t i ene e l resíduo durante l a fermentación, a l emplear e l cul-

t i v o mixto de Cellulomonaa f lavigena y XanthomonEx. Sa hacen los - primeros estudios a n i v e l matraz y se sigue una oin€t ica ae crecimien-

t o a nive l fermentador de 14 l i t r o s con el sistema 6É)ti.m.

EX pretratmiento por asoer jdo se oompara3on pretratamiento

estableoido en e l Brea de fermentaciones de esta departamento. La 00x1-

paraoidn se hace oonsiderando: cantidad de protefna laicrobiana produ-

&a, cantidad de á l c a l i empleado y rendimiento de l sistema.

\

.

1

\ '

INTBODUCGIOH I - 1

En México, al igual que en otros paises, el problema de pro-

duccibn fie protelnas para la alimentación animal y humana se ha -di

zado notablemente en los 6ltimos años, derivándose de esta situación,

una polltica de importaciones masivas de productos alimenticios como:

soya, sorgo y maíz entre otros.

La producci6n industrial de proteinas de origen microbian0 - como fuente suplementaria de proteínas, principalmente para la alime2

tacidn animal, ha motivad& que en nuestro país un buen número de gru-

pos de investigación estén dirigiendo sus esfuerzos a examinar y des2

rrollar procesos para la producci6n de proteína unicelular (PUC) a - partir de diferentes sustratos.

,

La produocidn de proteína de origen unicelular presenta varias

ventajas con respecto a la producción animal y vegetal. Entre ellas - destacan las siguientes: una tasa de crecimiento superior que redunda

en una mayor productividad J un contenido de proteínas que oscila en-

tre un 40 y 7 6 dependiendo del microorganismu; la propagaoión de los

microorganismos es independiente a las condioiones climátioas y el - >3 precio de estas protelnas es inferior al de las convencionales J simi

lar o ligeramente superior al de la soya. z

Una gran v a r i e h de sustratos pueden ser utilizados para is

producaión de biomasa. En general han sido agrupados en tres categorias

importantes: materiales que tienen un alto valor como energ6ticos (n-

alcanos, metanol, etanol); materiales que se consideran como deoachos

(licores eulfíticos, residuos agrícolaa, indpstriales o minicipales )

y carbohidratos.

La importancia de este proyecto radica principalmente en que

los residuos lignooeid6sicos destaoaii entro los suetratos de menor - costo. En IIBxioc l a producoidn es de aproximadamente 129 millones de

2 -

\ \

I

toneladas anuales, t a l e s como l a cascar i l la de arroz;rastrojos de maíz

paja de fri jol, bagazo y bagaci l lo de caña. Alganos de los residuoe son

util izados con diversas f ines como por ejemplo: el rastro jo de maíz se

emplea para l a alimentation animal; e l bagazo de caña en l a fabricacidn

de papel o como combustible en l a s calderas de los ingenios, quedando - como residuo l a f i b r a mas corta llamada rn6dula, que corresponde a l 5036

de l material or ig inal . Es evidente que los residuos serán mejor aprove-

chados en1 l a produccidn de alimentos y de esta manera resolver uno de - l os principales problemas que se tienen en Néxico.

I... 1

. .

. . ' . ''t i . .

3

\ \ '

G F X R A L I D A D E S - .

La caña de azúcar constituye una de las principales fuentes - posibles para la producoión de proteína unicelular derivada de la fer-

mentación del azúcar y demás subproductos. La industria azucarera tie-

ne en MBxico una gran importnncia, tanto por el volumen de producción

como por la cantidad de obra que emplea. El bagasa, mieles y alcohol - son considerados subproductos, pero conviene señalar que la producción

de bagazo es 35 veces mayor que la del azucar

Composición de los residuos

Siendo el bagazo un material compuesto principalmente por c-,

bohidratos, conviene hacer una revisión a la qufmica de sua constituye=

tes para comprender claramente las opciones y sus posibilidades.

La celulosa e s sin duda, el material orgánico más abundante - en la tierra, renivable por naturaleza y de la cual puede obtenerse - muy diversos proiiuctos. Como compuesto primario de la naturaleza, y en

muchos caaos considerando que es un desperdicio, su utilización preseg

ta ventajas económicas y ecológicas.

-

r. ..

1 Los llamados desperdicios iignoceiul6sicos comprenden:

1.- Desperdicios agrícolas

2.- Desperdicios del procesamiento de alimentos

3.- Desperdicios de madera.

Todos los residuos lignocelal6sicos esth formados por tres - componentes prinoipalesc celulosa, hemicelulosa J lignina asociada a - pequeñas cantidades de resina,gomas, proteínas, grasas y minerales.

\

&

La celulosa es un poifmero de glucosa (elementos de ~-giuoosa

unidos.por enlaces Q-1,4 gluoosfdioos) cuyo tamaño promedio e8 de 10-

mil unidades. mi la pared celular se presenta en forma de fibrillas - elementales de un diámetro de 35 'A! oada una de ellas contiene apro-

ximadamente 40 cadenas de celulosa midas por puentes de hidrbgeno.

4

t

Estas f i b r i l l a s elementales se agrupan a l a vez, en Wicro f ibr i l las da

di ferente tamaño mediante enlaces formados por hemicelulosas. Eh 10s

vegetales e l porcentaje de celulosa varía entre un 40 y un 9 6 .

La fracción cr is ta l ina de l a celulosa, da un patrón único de

di fraccidn de rayos X , es esta fracción los disolvente o reacCivos pa

netran con dif icultad, mientres que en l a region amorfa, los disolveo

tes, ensimas o reactivos penetran fácilmente. Ambas regiones tienen - l a misma estructura química pero di ferente orden con respecto a cada

una.

Las hemicelulosas comprenden los polisácaridos de bajo peso

molecular que normalmente están asociados a l a celulosa y pueden ser

aislados de l material or ig ina l por extracción con soluciones alcali-

nas. La mayoría de l a s hemicelulo3as son básicamente, polimeros l i n e s

l e s de cadena corta formados por numerosos y diversos t ipos de aztíca-

res. Los principales azbczree en hemicelulosas son D-xilosa, D-manosa

D-glucosa, D-galactosa, L-araüinosa, ácido 4-O-metil-D-gluo6ronioo J

ácido D-glucorónico. La cantidad de hemicelulosas en los materiales - celul6sicos naturales var ía entre 10 y 305.

La hemicelulosa y l a celulosa forman l a halocelulosa. La he-

micelulosa reacciona fácilmente, &s que l a celulosa, aunque su c l a s i

f icacidn es tediosa.

La l i gn ina es un compuesto complejo, formado por un polimero

tridimensional de residuos de fenil-propano por l a polimerizaciónde=

hidrogeneción de un precursor, probablemente de l t i po de l alcohol co-

niferico. Está depositada en un estado arnorf~alrededor de l a s microfi-

b r i l l a s de celulosa de l a pared celular de l a planta, su funcidn pri=

c ipa l e s serv i r como elemento de soporte y r ig ides a l a planta. gl-

contenido de l i gn ins en los materiales l ignocelalóafcos naturales es

da 30$ aproximadamente.

i

5

1

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La tabla 1 presenta la composición aproximada de diferentes - desperdicios lignocelulósicos; se nota claraniente que l a relación ce-

lulosa/hemicelulosa varia de acuerdo con el origen del material.

Composición qulmica de algunas desperdicios celulósicos (en de peso seco)

Componente Bagazo Bagacillo Paja de trigo Madera

Celulosa 46 44.6 34 75 Hemicelulosa 25 23.3 25 10

Lignina 20 22.6 13 15

Silioe, grasas cenizas,cerae 9 9.5 28 15

Tot al 100 100 100 100 .

PR"wTRI~TAMIb2?TOS DE LOS RYSIDUOS LICNOCBLLJLOSICOS

])ara producir protefna microbiana a part i r de desperdicios - lignocelul!ósicos se presentan diversas opciones generales que surgen

a l considerar los t r e s componentes principales. Kuchos investigadores

han enfocúdo su trabajo a l a degradación y ut i l i zac ión de l a celulosa

como fuente de proteína microbiana. Para e l l o han considerado dos ru-

tas: 1) h jd ró l i s i s de l a celulosa para producir azdcar y l a fermenta-

ción de Bota para producir biomasa, y 2) l a fermentación directa de - los desperdicios l ignocelulósicos. Las hemicelulosas quedan inclui-

das en las dos rutas mencionadas. Para e l caso de l a l ignina se ha 12

grado a i s la r mutantec capaces de u t i l i z a r exclusivamente lignina.

El pretratamientodel material es uno de los factores más ig

portantes que inf luyen en l a e f i c ienc ia de l a bioconversión de los - residuos. Los residuos lignocelulósicos son resistentes a l a hidról i-

s i s ácida y enzimática, esta resistencia es ocasionada por varios f a z

tores f isicoouimicos como:

. La asociación fisico-química de l a l ignina a l a halocelulosa.

. E l gradohe cr ista i inidad de l a celulosa.

. El área super f ic ia l de l a celulosa. J-

. E l grado de polimerizaoión.

. La capilaridad de la celulosa.

r

Lignina asociada a l a halocelulosa

Es un f ac tor importante que impide que l o s microorganismos y

enzimas ataquen para l a degradación de l a celulosa por una asociaoión

altamente f fs ica. 6n l a naturaleza, l a l ignina y la celulosa moria,-

forman un sistema de interpretaoión de a l tos polimeroi. Para degradar

l a celulosa e l material debe ser parcialmente delignifioado, ga sea - 7

por métodos físicos, químicos o biológicos. Se hi reportado que la d2

lignificación es el factor más importante, parague el material tenga

mejor suceptibilidad a la hidrólisis enzimática.

Grado de oristalinidad

La influencia del grado de cristalinidad en la suceptibilidad

de la celulosa a la hidrólisis enzimática ha sido estudiada por Nork-

rams y Xalseth, usando difracoión de rayos X. Los datos muestran que

las enzima8 celulolíticas degredan rápidamente la porci6n anorfa de - la celulosa regenerada, pero no así la porción menos accesible del ma

terial cristalino. En si la cristalinidad restringe la velocidad del

ataque microbian0 de la celulosa.

k e a superficial

-

K l área superficial acoesible de las fibrillas de celulosa - es definida por la forma y tamaño de las fibrillas de la celulosa. El

área total de la superficie expuesta en l o s capilares gruesos es gr-

de, aproximadamente Zx104 cm /g de madera, pero es de mucho menor ma&

nitud que el área total de superficie exp-ysta en los capilares de la

pared celular que es aproximadamente de 3x10

Grado de polimerizacidn

2

6 am/g de madera. \

La longitud de las moléculas de Celulosa en una fibra, varía

en un amplio intervalo, hasta 10 O00 y 14 O00 unidades de glucosa por

moldcula, esta variación afecta considerablemente la velocidad de hi-

drdlisis eneimática. Cuando el grado de polimerieación se reduce durs

te la hidrdlisis ácida, la cadena final de celulosa disgregada en l a

regidn morfa tiende a recristalizarse y hace al residuo m á s resiste=

te .a la h&dr&lisia eníimática.

Capilarida&

Los capilares vaclos ea las fibras de madera y algodán inclg

\

t

yen a los capilares gruesos, ta l es como l a lámina ce l t i a r , aperturas - huecas y poros de membranas que son v i s ib l es en e) microscopio de, luz;

y a l o s capilares de l a pared celular, como son los espacios entre m i -

c r i f i b r i l l a s y 12s moléculas de l a región amorfa. Huchos de los c a p i l s

res de l a pared celular est& cerrados cuando l a pared esta l i b r e de - agua, pero se abren otra vez cuando absorben humedad. Cuando los mate-

r i a l e s están saturados de agua, l o s capilares de l a pared celular al--

canzan sus maximas dimensiones. Algunos se expanden alrededor de 200

O A en-diámetro.

TIPOS DE PRETRATANIENTOS

Las rutas de h idrd l i s i s de desperdicios celulósicos scn var ías

pero su c lasi f icacidn puede hacerse empleando como c r i t e r i o e l catal i -

zador que uti l izan:

1.- Químicos

2.- Fís icos

3.- BiolSgicos ,

4.- Combinaciones de l o s anteriores

,

5

Fretratamientos Químicos \

Generalppte en los pretratamiems gulmicos de los residuos - l ignocelulósicos se ut i l i z an agentes hinchantss como los ácidos, álca-

l i s , agentes oxidantes y solubilizantes de l a l ignina, y por otro lado

m4todos que disminuyen l a cristal inidaü y e l grado de polimerizacidn - de l a celulosa. Existen dos formas de hinchamiento, e l intercr is ta l ino

y e l intracristal ino.

a) Hinchamiento intercrista1ino.- Se produce un hinchamiezb de l a c e l g

losa con e l agua, est6 implica l a entrada de agua entre l a s unidades

9

I !

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I I 1 I i i

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cristalinas con un cambio de volumen, aproximadamente equivalente ai - volumtn de agua absorbida y un máximo de absorción de' alrededor de un

335. C610 se observan cambios menores en la cristalinidad original al

quitarle el agua, cuando recobra las dimensiones y estructuras origi--

nales.

b) Hinchamiento intramistalino.- Implica una penetracidn de las regio

nes cristalinas, asf como de las amorfas y no permiten una modificación

cristalina nueva. En algunos casos se ocasiona un hinchamiento ilirnit.2

do de la celulosa con una solubilizacidn completa.

hetratamientos Alcalinos

Producen un aumento en el área superficial de la celulosa de-

bido a un hinchamiento intracristalino de ésta. Además desdobla la es-

tructura de la lignina, con alteraciones definitivas de la estructura

nativa, aumentando la biodegradacidn de la celulosa. Los compuestos - alcalinoo m á s empleados soni Hidróxido de sodio; hidrdxido de amoniol-

moniaco gaseoso y lfquido y sulfito de amonio.

Pretratamienh Acid0

Este procedimiento consiste en someter el desperdicio lignocz

lulosico a altas presiones y temperaturas, en un medio acuoso con una

baja concentracidn de ácido. La hidrdlisj~ de celulosa para producir - aeúcares fermentable6 fue investigada y utilizada en Alemania antes de

la Segunda Guerra Mundial y, posteriormente en E.E.U.U. se siguió in-

vestigando y se establecieron varios procesos comerciales. Uno que u-

tiliza alta concentracidn de áoido $ otro con baja ooncentracibn.

81 estudio y diseño de las plantas de hidrólisis &cid- requiz

ren de datos oinétioos de desperdicios celulósicos en las condioiones

de operscidn en que se obtiene un máximo de a5úcar fermentable. La hi-

drdlisis de celulosa (celulosa + hemicelulosa) a a566ar es una reacoibn 'T

10 I

en serie, ya que en condiciones de ácido diluido los.azúcares se des--

componen en las condiciones de reaccidn. La reaccidn es1

Despepdicio celulósico - kl Azúcares k2 Productos de descomposici6n

A

La lignina resiste la hidrdlisis ácidas con bajas o altas COG

centraciones de ácido y permanece como un residuo insoluble después de

la hidrdlxsis. La hidrdlisis completa de l a celulosa consiste en el -- rompimiento de los enlaces entre las mol€culas de glucosa; a cada uni-

dad se añade una molécula de agua, produciéndose el azúcar glucosa. Lo

mismo con las hamicelulosas. B1 ácido actúa como catalizador. La reac-

cián de celulosa est

celulosa glucosa

Se puede hacer un análisis tedrico del sistema de hidrólisis,

con lo que se encontraran los parfunetros cinéticos que optimizan el - sistema. Como base, se considera la siguiente reaccidnt .

t A -ki- B --k 2-- c

= -k C rA= "A/dt 1 A

rBs dcB/dt ii klCA-k2CB :j

rCP %/at = 3% Donde A,B y C ya han sido definidas como: desperdicio oelulá-

sico, azúcares y productos de descomposicidn respectivamente, y

r = velocidad de reacci6n C = concentracidn k = constante de velocidad de reaccidn t = tiempo

Suponiendo que la concentración de A en el tiempo O es C A 0 I

que B y C no existen, se pueden derivar las siguientes ecuacionee:

i 11

. I C exp(-klt) 1

kl (exp(-klt) - erp(-k2t)) , 2

'A A 0

A0 Cg= c

cc= CA0 - CA-- CB

k2-k3

3

Para obtener e l máximo de azúcar es necesario diferenciar l a

ecuacidn (2), igualar la a O, y obtener e l tiempo 9 l a relacibn entre - l a s constantes de velocidad de reaccibn. Diferenciando l a ecuaoidn (2)

se obtienes

,

(exp(-klt)-

' m k = k -k2 1

y l a concentracidn máxima de C esa B

4

5 .

6 \

Las ecuacignes ( i ) , (~) y (3) indican que ninguna de l a s reac-

ciones tienen un punto final. También se aprecia que tanto e l tiempo - como l a concentración para obtener e l máximo de asdoar dependen de l a

relacidn entre l a s constantes de velocidad de reacción k1 y k2. Se ha

utilizado una ecuación del t ipo de Arrenhius para describir l a varia-

ción de las constantes de velocidad de reaccidn a diversas temperatu-

ras, pero es evidente que existen otros factores que afeotaa su valor.

12

Las principales variables además de la temperatura sons

a).- Composicidn del material lignocelulósico;

b).- Tamaño de partícula;

c).- Concentración del material:

d).- Concentración del ácido;

e).- Tiempo de hidrólisis.

La hidrólisis ácida presenta ventajas en el aspecto económi-

co con respecto a la hidrólisis enzimática, pero queda por demostrar-

se que l o s problemas tecnol6gicos del reactor de reactor de hidrólisis

pueden ser resueltos, principalmente porque al operarse a altas tem-

peraturas para que el sistema continlie como liquido es necesario aumeo

tar la presión, lo que incrementa notablemente la inversión.

Pretratamientos Oxidativos

Son los que producen una oxidación en l a lignina y la celulg

sa, los materiales lignocelulósicos son delignificados sin ningún ca+

bio en el grado de cristalinidad de la celulosa y con cambio leves en

el peso molecular. Entre los reactivos oxidativos más comunes se tie-

nens perdxido de hidrógeno, ácido perácetioo, clorito de sodio, paró- i

\ xido de sodio, etc.

Retratamientos con disolventes <.+

Delignifican y modifican la estructura cristalina da la celz

losa, ad41uás disuelven l a celulosa de l o a residuos sólidos, entre los

más comunes se tienen: Dioxano, cadoxeno,etilendiamina,n-butilamina,-

butanol, metano,etilenglicol y etanol. Se han empleado algunos cat-

zadores tales como ácidos minerales, cloruro de aluminio,suliato ferrg

so, ácido málico, ácido oxálico, ácido salicilico, a h no se conoce - el efecto que tienen estos catalizadores.

Pretratamientos Gaseosos

Son muy limpios y no dejan residuos tóxicos. Son agentes de-

13

lignificantes, ya que la lignina or i g ina l puede ser altamente depoli-

merizada (durante el pretratamiento y los convierte en productos solu-

bles. Se 'Llevan a cabo con: Dibxido de azufre, &ido nitroso, oxigeno,

ozono, etc.

2 .be trat amientos Fí sicos

Aunque algunos resultan efectivos,aún resultan incosteables.

Principalmente se dividen en: mecánicos y no mecánicos.

Pretratamientos mecánicos

IJtilizm fuerzas de impactos y golpes para dar un sustrato - más fino que posea baja cristalinidad y con mayor área superficial, - aumentando la velocidad de bidrblisis, pero con menor efectividad que

los pretratamientos químicos. Estos pretratamientos incluyen el costo

de energfa consumida por los aparatos a escalalaboratorio, pero se pue

den disminuir el costo por unidad de producto a nivel industrial. En-

tre los pretratamientos mecánicos se tienen: Extnisión, compresibn, - molino de bolas, de rodillos, de martillo, de choque, de energfa vibras

te y de crioscopia.

Pretratamientos no mecánicos \

Radiación Gamma.- Produce una oxidacidn de la lignina, a s í - como la depolimerigacidn de los materiales celulbsicos, descomposicih

de los carbohidratos, disminuye la celulosa cristalina y produce un a5

mento en la digestibilidad y por lo consiguiente hace posible

celulosa sea aocesible a la hidrdlisis por ácidos y enzimas.

que l a

3.Pretratamientos Biológicos

En los pretratamientos biológicos se utiliean microorganismos

que degradan la lignina de los materiales lignoceluldsicos. Existe u-

na olasificacidn para los hongos de acuerdo con el dafio que ocasionsn

a l residua: E. de pudrición blanda, de pudricibn café y de pudricidn

blanca.

l A

.Hongos de pudricidn blanda.- Son microorgenismos que *degradan la iig-

nina de manera incompleta, por lo que les hace falta la capacidadpen-

zimática de atacar toda 11 variedad de elementos estructurales del -- polfmerc. .4lgunos de estos microorganismos sons Chaetomiun globosum,

C. graphit-, C. manodictgs, Allescheria SE y Sta chybotrys.

.Hongos de pudricidn caf8.- Froducen una demetilación y una limitada - oxidación. E1 efecto oxidativo de estos hongos disminuye en la madera.

Algunos de estos hongos son: Paria mcnticola, Gleophyllum y 0. ooc06.

.Hongos de pudrición blanca.- Se emplean para incrementar la produc- I

ción de la sacarificación enzimática, as€ como el pulpeo. Algunos hon-

gos de la pudrición blanca, los cuales degradan hemicelulosa y no a - la celulosa son: Pleurotus, Polgporus, Abientinus, etc.

D3GRADACION MICROBIOLOMCA DE LA CELULOSA

Nicroorgtnismos celuloliticos

La celulosa puede ser degradada biológicamente, usando mico

organismos directamente o mediante preparaciones enzimáticas.

Muchoas bacterias y hongos dependen más de su abastecimiento

de energía y carbono que de su capacidad degradativa de la celulosa y

del metrbolismo del microorganismo. ij

Existen varios microorganismos los cuales son verdaderamente

celuloliticos como la Actgnoqyces &, Aspernillus fumigatus, Asperni- - llus luchuensis, Callulomonas 2, Trichoderma viride, Sporotrichum - pulverulentum y Sporocytophaga myrccoides.

Mecanismo Enzimático de l a Degradación de la 'Celulosa

El mecanismo por el cual el sistema enzimático de los micro-

organismos es capaz de degradar a la celulosa, ha sido estudiado ampliE

mente. Uno de los primeros estudios de este mecanismo in6 realieado - por Pringsheii. El consider6 que la degradacidn enzimática de la CE-

1

7 C

lulosa natural se l l e va a l cabo por l a desintegración de las estructu-

ras micelares de l a celulosa , a l a que sigue l a degradación de la mo-

léculas de l a celulosa en beta (1-4) oligosacarcsas p ’ l a conversión de

l a beta (1-4) oiigogiucosa en glucosa.

Estudios posteriores han establecido un mecanismo enzimático

para e l proceso degridativo de l a celulosa. Se consideran en estos me-

canismos l a presencia de las enzimas Endo beta (1-4) gluoanasas (Cx),y

l a s enzimas Exo beta (1-4) glucanasaa (C,) c celobiohidrolasas en l a - cual l a enzima C ataca a l a molécula de celulosa, convirtiendo l a ce-

lulosa cr is ta l ina en amorfa, de t a l manera que permite una mejor hidrg

l i s i s por parte de ex. E l siguiente paso es l a conversión de celulosa

amorfa en compuestos más solubles que se transformaron a celobiosas. - La celobiosa finalmente se convierte en glucosa.

Hidrólisia E n z i m á m

I

Se basa en l a u t i l i zac ión de enzimas para que efectúen l a hi-

d ró l i s i s de l a celulosa. E l poceso consiste en l a producción de l a - celulasa, su pur‘ f icación y l a aplicación de l desperdicio celulósico.

La celulasa es un complejo enzimático, mezcla de por l o menos \ y Cx cuya función no está perfectamente definida. K i m dos enzimas, C

desarrolló un modelo c inét ioo basado en l o s siguientes postuladosi

1

a).- c1 es una enzima que reduce las uniones entre l as cadenas de ce-

lulosa abriendo l a estruotura cr is ta l ina y convirtiéndola en amorfa - y/o reactiva. Cx (endo y exo-Q-glucanasas) hidrolizan l a celulosa más

reactiva eliminando l a s unidades de glucosa a part ir de l o s extremos - nc reductores (8x0) y p o r romoimiento aleator ic de cadenas largas (en-

do).

b).- C, aotda en l a celulosa cr is ta l ina generando extremos l ibres, que

son & suceptibles a l ataque enzimático; C1 es una eneima que hidro-

16

'\

I

I t I

. liza los extremos reactivos de l a celulosa producidos por la acción de

I

I t

c).- Se considera que l a solucidn de l a enzima como &e un solo compo-

nente y las distintas actividades catalíticas aparece cuando la celu-

losa es absorbida en diferentes porciones de la matriz de la celulosa.

Se postula que la enzima que rompe las uniones cristalinas tiene una - forma compleja de C +C y C1 6 Cx actúan en el paso de hidrólisis pa-

r a producir azúcares redactores. 1 1

, Postulaao 1 Postulado 2 Postulado 3

[ !

"= I cl'cx I I

Celobiosa Glucosa

\

El modelo cinético obtenido describe con bastante exactitud el

sistema y ha sidb emplea0 posteriormente.

Además de los problemas asociados a l a inhibicidn por producto

este procedimiento presenta la necesidad de un pretratamiento para me-

jor utilieacidn del residuo lignooelulósico. Los métodos del pretrata-

miento incluyen:

a$.- reduccidn de tamaño por diferentes proaesos;

b).- Pretratamiento químico (Blcali para eliminar la lignina y abrir l a

._

estructura, o ácido pars producir aeúcares)~

a).- Oxidaoidn por diferentes métodos, J

a).- Combinaci6n de los métodos anteriores. 17

'i

Cultivo Xixto de Cellulomonas flavigena y Xanthomonas 9

Este cultivo crece en medios minerales sin factores de cre

cimiento, se ha propuesto que la cepa de Xanthononas %proporciona

las vitaminas o los precursores a las Cellulomonas flavigena y a l a

vez ésta, por sú actividad ceiuioiitica ie proporciona azúcares so-

lubles y algunos aminoácidos a la Xanthomonas =. Por esta razón se

dice que existe una interaccidn ecológicas benéficas para ambas ce-

pas debido a que las dos poblaciones sobreviven en un ambiente fm-

mado p o r el medio mineral, la celulosa y la hemicelulosa, sin nece-

sidad de adicionar factores de creaimiento.

-

18 . . . .

. . i . ..

. .

\ '

EXE%ñIEIXBPACION

Mat er ia les -

Materias Primas . . Residuo Lignocelulósico

Bagacil lo de caña proceclente del Ingenio

Emiliano Zapata de Zacatepec, Morelos.

. Microorganisrnos

Cultivo mixto bacteriano integrado por: - Cellulomonas flaviftenas y Xanthomonas 2.

Clave CDBB-b-532 y ATCC-31920.

: Medio de Cultivo

Composiciónt NaCl 5.5 g.

m4 p4 2.5 g.

+ Poi3 3.5 B.

CaC12 0.1 g.

&SO4 0.1 g.

Bagacil lo da caña 10.0 g.

@a 1.0 1.

Nota: Todas las sales son de g r a d o a n d f t i s .

+ Los fos fatos es una neutralización de áci-

do fosfórico al 75% con hidrbxido de pota-

sio.

t

. Equipo

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Autoclave

Balanza anal í t ica ?fetter

Balanza anal í t ica Bosch 5-2000

Balanza granataria Ohaus

Bamba per i s tá l t i ca Elasterflex

Campana de f l u j o laminar VECO

Centrifuga automática S o l r v l l SS-3

Computadora Apple

Estufa de incubación I.M. Ortiz

Estufa de secado Fe l i sa

Espectrofotdmetro Perkin-Elmer

Equip de f i l t r a c i ón Wil l ipore Type HA 0.45 q

Incubadora agitadora New Firunswick Sc ient i f i c Co. Inc.

Molino e l éc t r i co de cuchil las Thomas-Willey Intermediate m i l l

Hufla Jelrus

Potenciómetro Corning ?delo 12

Rotovapor Buchier

Termobalanza Ohaus \

React ivos

Grado anal f t ico i

Agar-Noble (DFCO)

Albumina de suero de bovino fracción V (sigma)

Acido fos fó r i co (J. T. Baker) Acido sulfúrico U

Acido t r i c l o r o acetic0 n

Carbonato de sodio U

Carboxi-metil-celulosa

Fenol U

.. . '\

Y

rr

L

.... K

:Infusión cerebro-coraz6n BHI (Bioxon)

Sulfato cúprico (J.T. Baker)

Oxido de calcio

.riterial básico de microbiología

. Equipo Fermentador 1 4 l i t r o s .,

Unidad de fermentacibn

D.O. analyzer

pli Controller (Chemtrix)

Aut o clave

(Fermentor Drive Assembly)

(New Brunswick Scient if io )

Bomabas perist á l t icas

Eltro de a i re

I..

DIseiio Experimental . Para establecer e l número de experimentos a real izar , s e .

considera un diseño fac tor ia l 2 3 , es decir t res variables y dos --

-

niveles para cada uno. E l ndmero de experimentos representado por

l a matriz?. A, da un t o ta l de ocho experimentos diferentes. Para e l

análisis de los resultados se usa un programa de computaci6n codi-

f icado en Basic (metodos numéricos) que nos indicará que n ive l se

modificará para alcanzar e l óptimo que se pretende alcanzar.

_ _

‘Pari ables Niveles

Bajos

5

30

(%I 40

C= Concentracidn del á l c a l i ($)

T= Temperatura (OC)

E= Humedad

C H T

-1

-1

1

1

-1

-1

1

1

Altos

10

50

80

22

' *-

! .I

Sistema de Aspersión

Far e l asperjado de l a s muestras se adapta un reactor ro-

tatorio, e l cual consta de un evaporador, bomba per is tá l t i ca y con

troladores de temperatura y f lu j o , ver f i g 3. Para e l sistema se - establecen l a s siguientes condiciones: .

1.- Relación de f l u j o de so2ución a f l u j o de a ire ;

2.- Velocidad del rotovapor8

3.- Pruebas de temperatura, y

4.- Tiempo de aspersión y tratamiento.

.Relación de f l u j o da a i re a f l u j o de solución alcalina.

Para obtener los f lu jos óptimos de aire y de solución a

calina, se hace una ser ie de pruebas preliminares, con diferentes

porcentajes de f l u j o de a i re en el rotámetro y diferentes f lu jos - de agua a velocidades variables de l a bomba peristált ica. Flujos a

probar a

$ en e l rotámetro Flujo da aire (ml/min)

35 4.6

40 4.7

45 5.3 z

Velocidad de l a - Flujo de agua (mllmin) bomba per is td l t ioa (position)

n

..

c

..

14.26

64.51

127.67

I

La mejor prueba es l a de 40:a de lectura en h rotdmetro y

una velocidad correspondiente a l a posición 2, aunque se puede u t i -

l i e a r l a posición 1 puesto que e l CaO ut i l i zado en laaspersión se-

riimenta fácilmente, para e l flujo de agua. La relación óptima de - f lu jos est

Flujo de solución alcal ina -- = 13.73 * Flujo de a i re

Velocidad de l rotavzpor

La velocidad óptima de l rotavapor será aquella cuando e l - asperjado sea homogéneo (es decir que no haga hglomerados de baga-

c i l lo ) . - Después de colocar en un matraz balón de 2 l i t r o s 30 g. de

bagaci l lo se enoiende e l equipo para asperjar, con l a s condiciones

óptimas de f l u j o aire-agua, se obtiene e l mejor asperjado en l a - posicidn 40 de l regulador de vo l ta j e dando 96 r.p.m para este sis-

tema.

Pruebas de temperatura

a).- N ive l bajo de temperatura.- Inicialmente se trabaja

a temperatura ambientepara que posteriormente, se establezca l a - temperatura de 3OoC. \

b).- Nive l a l t o de temperatura.- Se emplea un baño s i l i - eón como medio de calentamiento del a ire , haci€ndolo pasar a Bste - por un serpentín enchaquetado. Se cal ienta l a solución alcal ina a - 65OC y se oolooa e l matraz baldn, que contiene e l bagacil lo, en un

baño maria uun l o que se obtiene l a temperatura de 5OoC.

3

B1 tiempo de aspersi6n y tratamiento es de aproximadamente

cinco minutos para l a aspersibn y de 48 horas para el tratamiento.

, ... ", I , P

I ,I*

I - f *

c

ii

c

Y

v-

Y

i

. Para e l experimento 5 80 (5% de hidróxido de ca lc io y

27.9 g. -- 1 0 6

5k

- 8% de humedad)

X = 1.395 g. de hidróxido de ca lc io X --

27.9 8. --- 20$

8oq6 X = 111.6 g. de agua --- X

Agua t o t a l a adicionar = 111.6 g. - 2.1 g. = 109.5 g.

P a r a e l experimento 5 40 (55 de hidráxido de ca lc io y - 46 de humedad)

27.9 B. --- 10036

5% X = 1.395 g. de hidróxido de ca lc io

X ---

m a t o t a l a adicionar = 18.6 g. - 2.1 g. P 16.5 g.

Para e l experimento 5 60 (5s de hidr6xido de ca l c io y

6 6 de humedad)

27.9 g. - X -- X = 41.85 g. de agna

6Q$

Cantidad de hidrbxido de ca lc io = 4 g.

?'ara e l experimento 7 80 (75 de hidráxido de ca lc io y

8 6 de humedad)

Cantidad de agna a adicionar - 109.5 g.

7 60 (7% de hidróxido de aaic io y 60$ de hameda)

Cantidad de agua 4 0 8. y 1.953 g- de hidrdxido de cslcio.

'\ 1

t

Fara l a determinaci6n de l a cantidad de hidróxido de ca lc io y

agua. Se calcula l o s gramos de l á l ca l i y e l volumen de agua que se'va

a ut i l i zar , para obtener l a humedad deseada (se considera l a humedad - que tiene inicialmente e l bagaci l lo que es de 7$). En base a 30 g. de

bagaci l lo e l cálculo se hace de l a siguiente manera:

Peso de l a muestra con 7% de 'humedad = 30 g.

Eleso de l bagaci l lo seco = 30 g. - (30 x 0.07) g. = 27.9 g.

FESO de l agua en l a muestra = 30 g. (0.07) = 2.1 g.

Para e l experimento LO 80 (lo$ de hidróxido de ca lc io y - 8@ de humedad)

27.9 g. - 100% X 5 2.79 g. de hidróxido de ca l c io

16 X --

X - 111.6 8. de agua 27.9 g. -- 2 6

Bo<% X -- Agua t o t a l a adicionar I (111.6 - 2.10) g. = 109.5 g.

Para e l experimento 10 40 (io$ de hidróxido de ca lc io y - ij 4 6 de humedad) .

27.9 g. - 1008 X = 2.79 g. de hidrbxido de c a l o i o

10% X --

Agua t o t a l a adicionar a (18.6 - 2.1) g. = 16.5 g.

CONDICIONES DEL PROCESO DB PRETTRIITAMIENTO

Flujo de a i r e (ml/rnin) 4.7 . .

, . Flujo de l a solucidn (ml/min) . 64.5 . . .

. , Velocidad de l rotavapor (r.p.m.) 96

Temperatura del baño ( O C ) 65

Tiempo de aspersion ‘(min) 5

*. , . . j , . _>*I..

65 Temperatura de l a solucidn (OC)

L

P-

-.

f i g . 2 3icpositivo para e l tratamiento de bagacillo de caña

1.- Entrada de aire

2.- Baño de s i l icón

3.- Matraz con solución de á lca l i

4.- Rotámetro

5.- Rotavapor

6.- indicador de velocidad

7.- Controlador de temperatura del baño marfa

8.- Baño marfa

9.- Soporte de l aspersor

10.- Bomba peristá lt ica

11.- Matra5 baldn con bagacillo.

28

-1'

...

...

w

1

w

".

WETODOS CUIWICOS

Determinación de l i gn ina residual en e l bagaci l lo tratado

El método empleado st! basa en l a hidr6l is is y en l a solubi-

l i d ad de los carbohidratos. Esta aeterminación permite conocer que

cantidad ide l i gn ina contiene e l bagaci l lo tratado.

I;etodologia.- Se pesan aproximadamente de 200 a 300 mg. b - bagaci i io de caña tratado, lavado, secado y molido (pasado por ma-

l l a 20), 8n un v i a l o tubo de rosca; se añade l m l . de ácido sulfti-

r i co a l 72% en peso, por cada 100 mg. de muestra, después los tubos

se ponen en un baño maria a 30 C durante una hora, para l l e va r a - cabo l a primera h idr6 l i s i s , agitando frecuentemente hasta asegurar-

se que l a disolución sea completa. Posteriormente e l contenido da-

tubo de ensaye se t ransf iere cuantitativamente a un matraz erlenme-

yer de 125 m l . y se adicionan 28 ml. de agua por cada m i l i l i t r o de

ácido agregado. La segun& hidró l i s i s se efectúa en una autoclave - durante una hora a 12OoC. Transcurrido e l tiempo de hidró l is is , B-

l ignina se f i l t r a a través do un f i l t r o de v i d r i o poroso previamen-

t e puesto a peso constante. iiuego se seca i a i ignina en i a estufa - de vacío, a 7OoC durante 12 horas, se enfr ía en un deseoador y lue-

go se seca.

O

\

La l ign ina

46 de

se calcula de acuerdo a l a relación: l3

l i gn ina = - 'l x 100 p,

L donde :

'P1= Peso d e l residuo (lignina) en mg.

P2- Peso de l a muestra en mg.

wro3os EIOLOCICOS . Los analisis bioldgicos que se llevan al cabo en l o s divez

80s pretratamientos son: Determinacidn de biomasa, Degradación dB - sustrato y rendimiento celular.

Fermentacidn a nivel matraz

La fermentacidn del bagacillo de caña, se realiza bajo las

diferentes condiciones de temperatura, humedad y concentración del

álcali.

.Conservación del cultivo mixto.- La conservación del cultivo mixto

se hace en tubos inclinados conteniendo medio mineral, agar a l 2% - y carboxilmetil-celulosa al 1% como única fuente de carbono. Los - tubos se incubah a 37OC durante 48 horas, conservfmdose posterior--

mente en refrigeración a una temperatura de 2 a 4OC. Las resiembras

se realizan cada mes.

.Preparacidn &el in6culo.- El indculo se prepara sembrando 5 ml. del

cultivo mixto (tubo de conservación) a un matra erlenmeyer da 250

ml. conteniendo 50 ml de1 medio mineral y 0.5 g. de bagacillo de - caña tratado (método tradicional). Se incuba a 37OC por 48 horas - con una agitacidn de 153 r.p.m.

.Propagación del cultivo.- Se adicionan 10 ml. del indculo a los ma-

traces erlenmeyer de 500 ml., conteniendo 100 ml. de medio mineral

y i gramo de bagacillo de caña, tratado por el método tradicional,-

incubándose bajo las mismas condiciones del caso anterior.

+

Para la propagación del cultivo misto y la fermentaoión en - matracas del bagacillo tratado, se inocula en una relación 16 (V/V)

bajo las mismas copdicionea de incubacidn antes mencionada.

.Pruebas de contaminación.- Se siembra por espatulado, 1 ml. de di-

ferentes diluciones del inóculo, en cajas petri en agar cerebro-oo-

rash, se incuban a 37OC durante 48 horm.

31

*

...

CONDICIONES D: LA FEÍGENTACION EX WTRAZ AGITADO

L

u..

L

Ir

*

rl“

“L

Matraz erlenmeyer ( m i . 1 500

Medio de cultivo b1.1 100

Bagacillo pretratado (9.1 1

Inóculo (cultivo mixto) ( m i . 1 10

Tipo de agitación recíproca

velocidad de agitación (r.p.m.) 110

Tiempo de incubacidn (hr. 48

Temperatura de incubación (“C) 37

u- ; # L.

L

F

Y.

L

FILTRACIOA HWiCLADO ESTERILIZACION FERMENTACION -L

-

f

i.

---A PUC

FERHENTACIOX EN MATRACES AGITADOS ~

MEDIO DE CULTIVO I

INOCULO

B A G A C I L M DIC -.' . CANA RBSIDUAL.

. 33

7 I

_c

w

Y

r

F

Lr

pr

L

i L

c

. Después de este tiempo de incubación, se pueden dist inguir en

l a s placas e l crecimiento, e l cu l t ivo mixto y s i hag alguna contai-

minación puede ser observada.

Cinética de crecimiento de l cu l t i vo mixto

Para elaborar l a curva t ipo de crecimiento del cult ivo mixto

se empleim matraces erlenmeyer de 500 m l . con 1 l i t r o d e l indio m i -

neral y :L g. de bagaci l lo de caña tratado con 2016 de NaOH, relación

sól ido l iquido lt10, 92OC y 30 minutos, se adicionan 10 rnl. de inó-

culo (previa adaptación y propagación) a cada matraz. Fosteriormen-

t e se incuban a 37OC y a una velocidad de agitación de 110 r.p.m.,

tomándose muestras a di ferentes tiempos durante 53 horas.

&cada muestra se l e determina l a biomasa a 660 nm. 9 se cu-

t i f i c a empleando l a curva t i po de biomasa.

Los valores obtenidos de concentración celular a los d i f emg

tes se i lustran en l a tabla 3. y fig. 4. La fase estacionaria se - logra a las 48 horas de l crecimiento. De estos valores se l ea deter

mina e l logaritmo natural y se graf ica en función de l tiempo, de - donde se calculan las velocidades especif icas de Crecimiento (p) s e

gún IS curba diaúxica mostrada en l a f i g 5 donde se obtienen:

- \

= 0.1491 hql pi

% =

PP

0.0213 h-l

= 0.0852 h-l

pi= Velocidad espec í f i ca de crecimiento en la primera f w e

p2= Velocidad espec i f i ca de crecimiento en l a segunda fase

p = Velocidad eepec í f i ca de crecimiento promedio P

r Y 34

Curva t ipo de Biornasa

Para elaborar l a curva t i po de biomasa, e l cu l t ivo se pasa

de l tubo de conservación a l paso de adaptacidn para que posterior-

mente se pase a l proceso de propagacidn. Después se cosechan las - células, colectándose previa f i l t r a c i ón para separar e l bagaci l lo

residual. La suspensi6n celular se centrifuga a 10 O00 r.p.m. dura;

t e 30 minutos. B1 sedimento se suspende en agua destilada y se cm-

t r i fuga nuevamente. E 1 paquete celular recuperado se diluye con o.

agua hasta obtener una absorbancia de uno. Fosteriormente de esta

muestra se hacen varias diluciones y se l e e la absorbancia a 660 - NU.. Se f i l t r a n voldmenes conocidos de cada dilución a través de - I

I I

I

membranas mi l l ipore puestas a peso constante. Se secan a 6OoC dw-

t e 24 horas hasta alcanzar peso constante.

Se determina e l peso seco de biomasa contenido en l a a l fcuc ~

t a de cada di lucidn preparada, con estos valores y sus correspondi I , entes absorbanoias se obtiene l a curva de calibracidn de biomasa.

ver resultados en l a tabla 2 y f i g 3.

35

.I.

Tabla 2

Conc. Celular (mg/ml) Absorbancia

, 0.075 0.090

0.240 0.298

O. 300

0.530

0.700

0.377

0.666

o. 861

>= 1.238 x + 0.00147 donde:

y= Absorbancia a 660 nm.

x= Concentración celular en mg de celulas/litro.

.

Tabla 3

- Tiempo (hr) Biornasa (6x) Ln A x

(g c e i / i t ) - 2 0.1076 -0.2291

6 O. 5228 -0.6485

7 .el 0.7570 -0.2784

4 0.2566 -1 * 3602

9.9 0.9226 -0.0806

13 1.5444 0.4346

16 2.2268 0.8006

19 2 *7 517 1.0122

22 2 5155 0.9225

25 2.4259 0.8862

30 2.7190 1.0003

33

36

40

45

49

52

2.9104 1.0683

2 -1333 1.1421

2.2302 1.1725

3.8116 4- 1.3381

3.7475 1.3211

3.7870 1.3316

9 = 0.1491 h-l

I 0.0213 h-l

I 0.0852 h-l PP

38

r i i Y

F

Y

c

L

c

.... c

.

o

I

?

&.

. Determinacidn de la eficiencia del pretratamiento

Determinacidn de la depradacidn biológica del material tratado

Uetodolog1a.- Se emplean matraces erlenmeyer de 500 ml con

100 n i l del medio mineral y 1. g. de bagacillo de caña pretrataüo. - Se esteriliza (15 minutos a 15 lb/pulgada para que luego sea ino-

culado con lO$ del cultivo mixto, ya en fase de propagacibn. Se in

cuba a 37OC, una agitacibn de 110 r.p.m. durante 48 hrs. (tiempo - en que el cultivo mixto alcansa la fase astacionaria). Transcurri-

do este tiempo se determina l a concentración celular del caldo de

fermentacidn a 660 nm. y empleando la curva tipo de biomasa.

2

La degradacibn biolbgica se determina por peso seco (7OoC-

por 24 hrs) del bagacillo residual, obteniendo el valor seg6nr

x 100 p1 - p2 $ de degradacidn =

donde a

P15 Pes0 del bagacillo antes de la fermentación (6.)

P2= Peso del bagacillo después de l a fermentacidn -

L

I"

... c

.. 41

. ,. .

c - c

L

T

"k.

L.

nt' I Y

CONDICIONES FERMENTADOR 14 LITROS

Volumen de operaoidn 10 Litros

v.v.m. 0.2 v.v.m.

&gi t acidn 450 r.p.m.

Temperatura 37OC

Indculo IO$ V/V en faae de propagacibn

6.9 - 7.1 controiado'con solucidn de - Nñ40H.

Adición de antiespumante FD-10 Dowchemical

C.M

C.f.

U

U

0.4034 h-'

0.3082 h-l ii

!

42

. Wetodologfa

.

Para las condiciones del fermenta3or se prepara el medio de cultivo - e inoculo según tecnicas ya descritas. La muestra de bagacillo de ca-

ña se trata a las condiciones 6ptimas de concentración de álcali, hu-

medad y temperatura. Se ensambla el tanque de fermentación cuidando - principalmente los electrodos de pH y D.O.

Se coloca el medio de cultivo y la muestra tratada en el tanque de -- fermentación.

Se esteriliza a 15 lb/pul por espacio de 30 minutos en el autoclave.

Se coloca el tanque de fermentación en l a unidad, conectandor aire, - electrodos a su8 respectivos aparatos, la toma de antiespurnante a una

bomba peristáltica que regulará su entrada al igual que el NII OH pars

contro1a.r el pH y por último el e j e que se ajustará a las r.p.m re--

queridas.

Al tiempo kero se le agrega el inbculo.

2

4

Tomos de muestrai

. Se abre la entrada de aire para destapar el tubo de muestra para que \

' tL aagi sea una muestra representativa.

I

. $e cierra el ventso para presurizar el tanque

. Se abre la toas de muestra y recibe en un recipiente para efeotuarse - las pruebas y análisis pertinentes.

Se cierra lentamente la toma de muestra conforme se abre.Zentamente - a1 venteo.

. Se abre l a entrada de vapor para eeterilisar.

1 a

k

8 B . .

l m

.

--- \ I '-

, .. I

I

6.'

RESULTADOS

Para conocer la eficiencia del pretratamiento, se consideró - la degradación que sufre la lignina contenida en el bagacillo, pa--

la acción del hidróxido de calcio. Para esto fue necesario seguir - las cin6t8icas de degradacidn durante 4 días de exposicidn al álcai,

para determinar el tiempo máximo de reacoión. También a este tiempo

máximo de reaocion, se determind la lignina residual y la digesti-

bilidad del bzgacillo tratado.

Para la obtencidn de la eficiencia del pretratamiento, se - considera además de la remoción de lignina, las determinaciones big

ldgicas como sons La biomasa, degradacidn biológica y el rendimiaito

celular, obtenidos para la fermentacidn de cada pretratamiento.

c

...

45

\ ‘I

RESULTADOS - En l a tabla 4. se presentan l o s resultados obtenidos en ad-

teriores investigaciones para l a degradacibn biolbgica’, biomasa 9 - rendimientos de l o s diferentes m4todos qufmicos de pretratamientos.

Como conclusibn de estos resultados aplicando los anteriores p a d -

metros se puede decir que l o s mejores tratamientos en este orden - son: hidróxido de calcio y e l tratamiento con hidrbxido de sodio en

fase s ó l i h . , Para material tratado con Oxido de Calcio en fase sól ida ( 108050).

Se decidió efectuar esta cinética con Oxido de calcio por - e l hecho de que dste es un compuesto de bajo costo por lo que po-

&€a representar una buena perspectiva. Se trabajó ba ja las condi-

ciones establecidas en anteriores investigaciones realizadas en e l

CIñVESTAV.

E1 material fue tratado empleando e l sistema de aspersión - tomando muestras del bagaci l lo dedde una hora hasta cuatro días do

tratamiento, para determinar l a lignina residual en l a s mismas. - Estos resultados se muestran en l a tabla 5. y en l a f i g 5.; ea lap

que se observa que en las primeras ocho horas se presenta una dis-

minución considerable en e l contenido de lignina en e l bagacillo - tratado, después de los cuales no existe cambios considerables en -

4-

su estructura, llegando a un mínimo de lignina residual de aproxi-

madamente 55%.

- -- .__ --

Para l a producción de biomasa se obsexba como anmenta con%+

M se incrementa e l tiempo de tratamiento del bagacillo, s in emba-

go durante las primeras ocho horas de tratamiento es donde sa pre-

senta l a mayor prodnccibn de biomasa, despu6s da este tiempo no se

presenta incrementos notables. La máxima cantidad de biomasa obte-

46

.&

.&

I-

- I”

. nida ea de aproximadamente 2.39 g cel/l.

Con los resultados obtenidos para l a tegradación bio lógica y

l ignina residual en e l bagac i l lo de caña tratado se construyo una

grá f ica (que se muestra en i a f i g 6 . , en i a que se concluye que en-

t r e menor es el contenido de l ign ina l a degradación bio lógica l l e -

ga a ser mayor, esto durante l a s primeras ocho horas de tratamien-

to, después de los cuales l a degradación bio lógica 6e vuelve cons-

tanteain cuando se presenta menor cantidad de lignina. Lo que sugi

ere pensar que que no es necesario eliminar por completo l a ligni-

na presente sino únicamente La necesaria para que e l microorganis-

mo pueda penetrar y degradar los materiales celulósicos.

Tornando en considpracibn l o a anteriores resulta?os tomamos

l a decision de f i j a r 18 horas de exposicidn a l á l c a l i para dptimoa - - resultados.

I

F Y

F

u.

Y

r- Y 47

Tabla 4 . Análisis de costos de diversos métodos qufmicos

de pretratamiento

Tipo de - Degradacidn Biomasa Rendimiento Costo del pretratamiento (g cei/i) Y(gcei/gsus) GuImico -

(USD/t on)

~~

+ 2 6 do NaOH, relación sólido liquido la10 92OC de temperatura y 30 min.

x lO$ de álcali, 8 6 de humedad, 50°C de temphratura y 18 horas.

o lo$ de %O2, 80% de humedad, 3OoC de temperatura y 18 horas. Zr

El costo del químico es para una producción do 50,000 ton PUC/aEo.

40

Produccibn de biomass, Degradacibn b io lóg ica y -1ignina residual

d e l bagaci l lo de caña tratado a diversos tiempos por aspersión

** con CaO.

v..

rr

Tiempo Biomass . $ l i gn ins Degradaabn (horas) í g cei/i) residual Biolbgioa

1 1.458 81-79

2 2.048 75.29

3 2.084 73.58

4 2.106 71.410

8 2 385 63.76

18 2.291 61.23

.-i 24 2.393 54 99 63.0

49

‘\

,

t

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Una vez establecida l a exposición del á l c a l i a l bagac i l l o de

caña, se trabajo con e l diseño factor ia l , una ser ie de ocho experimen-

tos en l o s que se evaluaron: crecimiento celular, degradación bio lógi-

ca y rendimiento celular. Los resultados se especifican en l a tabla 6.

La biomasa, es l a cantidad de células obtenidas durante l a -- fermentación, se obtiene por diferencia de l va lo r de l a biomasa para - cada uno de l o s experimentos, con rsspecto a l valor i n i c i a l de l a bio-

masa i n i c i a l de l inóculo.

Degradación, es e l bagaci l lo consumido durante l a fermentación

calculado por d i ferenc ia en peso seco ( en gramos) de l bagaci l lo a l - i n i c i o de l a fermentación, dividido entre e l b a g a c i l l o i n i c i a l multi-

plicado por cien.

Rendimiento celular (Y) es l a relacidn de biomasa con respec-

t o a l bagaci l lo consumido multiplicado por cien.

Lss con3;ciones de trabajo fueron un tanto d i f i c i l e s puesto - que e l hidrbí ido de ca l c io sedimenta con fac i l idad y tapa l o s conduo-

tos de l a asperskón; ertos problemas'se pudieron vencer pero se l l egb

a l a conclusión @ue l o s resultados se podr ían optimiear.

Así que para mcjores cinco rendimientos, producción de biomasa

y degradation bio lógica, so realizarón de nueva cuenta los pretratami-

tos y fermentación a n i v e l matraz, los resultados se i lustran en l a - tabla 7. 5 s empleó un método numérico, considerando l o s t res anál is is

por sistema, que nos indico que en e l proceso de d igest ib i l idad lam va

r iab les mán s igni f i cat ivas son 1s concentracith do l á l c a l i y l a humedad

por l o que, para mejorar l a e f i c ienc ia de l o s pretratamientos y encon-

t rar e l óptimo, sa modificaron las variables a excepcibn de 1s temper&

tura que a juzgar por l o s rsultados l a ideal fue de 50°C por lo que

f i j a .

-

-

t

Tabla 6

Fermentacibn de bagaci l lo de czña tratado con CdOH), em- pleando e l cu l t ivo mixto a 370C, 110 r.p.m 48 horas.

Tratamiento Biomaaa Degradación Rendimiento $i ignina (g cel/l) B i o ldg i ca C e l u l a r

( g -/l) Y k cel/g 5 )

5 40 50 1.9270 2.8833 0.6683 14.80

5 80 50 1-8396 3.0515 O. 6100 14-49

5 40 30 1.7830 4.4887 0.5111 11-95

5 80 30 1.72225 3.1060 0.5546 14.87

10 40 50 1.6861 4.5533 0.3703 9.74

i o ao 50 1.9627 4 .lo70 0.4777 10.38

10 80 30 1.9028 3.7697 0.5048 12.46

i o 40 30 1 3389 3.8455 o. 3482 9.49 \

53

. Tabla 7

Fernentacitin de bagacillo de caña tratado con Ca(OA)2

empleando e l cultivo mixto a 37OC, 110 r.p.m 48 horas.

- - ___ Biomasa Degradacidn Rendimiento Tratamiento

(g Cei/i) Biologics Celular ( g sus/li) y (g cel/g s )

L

rr

Y

CI"

1.8398 4.531 0.4140 i o 80 50

5 80 50 1.7073 3.5715 0.4781 i o a0 30 1.5523 3.511 0.4428

1.5290 4.3290 0.3647 5 40 30

5 40 50 1.8648 2.918 0.6391

Lie f i ja ron l a s nuevas condiciones de operaci6n, para l a concen-

tración ae i á l c a l i se f i j o como nivel superior 7% y 5$ como nive1,infe-

rior. Para e l caso de l a humedad se observó su efecto sobre los resulta

dos de l a fermentacibn, as€ <que se decidid f i j a r tres niveles 5 6 , 6%

J 5016.

Los valores del rendimiento celular (tabla 8) fueron m u y cerca

nos, s in embargo los valores de biomasa prociucida y de degradación biolo

gica fueron en e l siguiente orden: 5 60 50, 7 50 50, 5 50 50 y 7 80 50.

Analizando 10s resultados de1 rendimiento celular se defin-6 l a s nuevas

condiciones de operacibn, e l pretratamiento tenia 746 concentraci6n de - hidrbrido de calcio, 6@ de humedad y 50°C de temperatura. Una vez e fec

tuada l a operación de l pretratarniento, l a fermentación arrojo l o s resu&

tados que esperabamos puesto que e l rendimiento celular fueron los más

altos y eficientes. Los resultados se comparan con e l método tradicional

acioptado por e l área de fermentaciones del Departamento (tabla 9).

Dado que e l objetivo es encontrar un sistema para mejorar l a - digest.ibilidad de los residuos lignocelulbsicos, e l paso siguiente con-

s i s t i ó en efectuar una cinética de crecimiento, con l a s condiciones de

pretrhamiento encontradas a nivel matraz, pero ahora a nivel 14 litros.

Los anál is is fueron de Biomasa producida, Degradación Biológica y A z b c ~ 4-

res Redustores Solubles, como se muestran en l a tabla 10.

En l a grá f ica 9 s e aprecia como e l incremento de biomsa ea d i

rectamente proporcional a l consumo de bagacillo y se alcanza un máximo

a l a s 40 horas de fermentación. Sa observa en l a curva de producción da

biomasa una curva diáuxica, en l a cual l a primera etapa se va como los

microorganismos degradan orimero a los compudos más faci le8 de hidrol&

zar como l e hemicelulosa y l a celulosa amorfa J posteriormente l a celu-

losa cr ista l ina por l o que su crecimiento es más lento. E l análisis de s m í -

55

. res reductores mantiene un comportamiento mug estrecho con los anterio -

T

I

.r

.A

rei parámetros.

\

i

--. -

" \ '

* .

c

L

- I

I -

: I.

rr

i I

... 1

w

111

b..

Fermentación de bagacillo de caña tratado con Ca(OH)2

empleando el cultivo mixto a 37OC, 110 r.p.m 48 hrs.

Degradación Rendimiento Tratamiento Biomasa í g cei/i) Biológiaa Celular

(g SUS/l) y(e cel/g s)

3.2013 0.5335 7 80 50 1.6456

4.2975 0.5073 5 6050 2.2926

7 50 50

, 5 50 50

1.8588 3.5163 O. 5286

1.7998 3.2435 Q.5622

P I L

3 "1 ..i 57

F

.

Tabla 9

Fermentaci6n de bagaci l lo de caña tratado con Ca(OH)*

empleando cultivo mixto a 37'C, 110 r.p.m 48 hra.

-- Tratamiento Biomaaa Degsadacidn Rendimiento

(g cel/l) Biolbgica Celular ( B -/1) y(g oel/g

7 60 50 2.0446 3.0937 0.6609

Tradicional 2 .lo34 3.8'714 0.5503

< Tabla 13

GinEtioa da Creciinisnto Bel c u l t i v o mixto con ---- Bagaci l lo de c G a t ra tado con C a ( O H ) 2 fermentador 1 4 l i t r o s

Tiempo Biomasa Degradación Rendimiento Azúcares (E c e i / i ) B i o l ó g i c a C e l u l a r Reduc t ores

(g s u s / l ) Y(g c e v g 8 ) í mg/L 1 (hrs 1

3 6 8 12 15 18 20 24 26 30 32 34 36 40 44 48

0.0146

0.2287 0.5840 0.8586

1.4562 1.7267 1.7711 1.8640

1.8882 1.9488

1.8398 1.6540

0.2085

1.4723

1.7913

1.9730

0.13 0.37 0.59 0.63 1.26 2.28 3.11 3.21 5-36 3.00 4.19 3.43 3.65 3.86 3.48 3.18

0.1123

0.3876 0.9270 0.6814

0.4682

0.5635

0.6457

0.5379 0.3304 0.6213 0.4275 0-5505 0.5339 o. 5111

0.5201 0.5267

47 43.8 45.1 50.3 47.8 48.6 49.0 4 9 - 1 49.2 49.1 49.7 50.4 50.4 50.6 48.1 49.7

r

c-

O

PRODUCCION DE PUC A PARTIR DE BAGACILLO Dg CARA CONSIDERACIONES DE DISER0

CAPACIDAD: 50,000 TON DE PUC/AÑO. 300 DIAS/ARO.

TRATAMI ENTO ALCAL IN0

RELACION SOLUCION DE ALCALI/BAGACILLO CONCENTRACION DE ALCALI TIEMPO DE TRATAMIENTO TEMPERATURA

FERMENTACION

CONCENTRACION DE BIOMASA RENDIMIENTO EN BASE A SUBSTRATO TIEMPO DE DUPLICACION EFICIENCIA DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO RENDIMIENTO DE OXIGENO TIEMPO DE FERMENTACION TIEMPO TOTAL POR CICLO DE FERMENTACION PRESION DE DESCARGA DE COMPRESORES EFICIENCIA DE COMPRESION (TOTAL)

d- SECADO

CONTENIDO DE HUMEDAD DE ALIMENTACION CONTENIDO DE HUMEDAD DEL PRODUCTO EFICIENCIA DE UTILIZACION DE COMBUSTIBLE

1 0

7 % 15 MINUTOS 93OC

4 3 . 5 g/l o. 5 5.8 HRS 20 % 2.7 g DE BIOMASA/gO2

18 HRS 21 HRS 30 PSIG. 76 %

24 % 8 % 70 %

Fuente: De l a T o r r e y F l o r e s Co te ra (1985)

PRODUCCION DE PUC A PARTIR DE BAGACILLO DE CANA ESTIMADO DE COSTO DE MATERIAS PRIMAS Y SERVICIOS.

BASE: 50,000 TON DE PUC/AÑO CONTENIENDO 8 % DE HUMEDAD.

MATERIAS PRIMAS - BAGACILLO DE CARA HIDROXIDO DE CALCIO CLORURO DE CALCIO SULFATO DE AMONIO AMONIACO SULFATO DE MAGNESIO CLORURO DE SODIO CLORURO DE POTASIO FOSFATO DE SODIO FOSFATO DE SODIO ANTIESPUMANTE

(MONOBAS I CO) (D IBAS I CO)

TONELADAS

170,000 11,900

8 4,590 11,950

490 845

1,205 5,790

895 400

COSTO/TON (DOLARES U.S.)

16.9 702. O 130.0 104.0 195.0 252.0 70.0

120.0 883.0 452.0 320.0

COSTO TOTAL (MILLONES DE

DOLARES)

2.873 8.224 0.001 0.477 2.330 0.123 0.059 1.450 5.113 O. 405 0.128

18.878

SERVICIOS AUXILIARES CANTIDAD

COSTO TOTAL COSTO UNITARIO (MILLONES (DOLARES us.) DE WLARES)

VAPOR 230,000 (TON) 6 $/v3 1.380 GAS NATURAL 20 MILLONES (M3) 0.08 $/Kw-HR 1.600 ELECTRICIDAD 59.75 MILLONFS (G-HR) 0.035 YTON 2.091 AGUA DE ENFRIAMIENTO 1.3 MILLONES (M3) 0.06 $/M3 0.078 AGUA DE PROCESO 2.5 MIJLONE!3 (M3) 0.01 $/M3 0.250

5.399

PRODUCCION DE PUC A P A R T I R DE B A G A C I L L O DE,CARA ESTIMADO DE COSTO DE EQUIPO PRINCIPAL.

B A S E : 50,000 TON DE PUC/AÑO CONTENIENDO 8 X DE HUMEDAD.

ALMACENAMIENTO

TANQUE DE SOSA TANQUE DE AMONIACO TRANSPORTAWRES HEL I COI DALES

TRATAMIENTO ALCALINO EQUIPO PARA TRATAMIENTO

TOLVAS (LIVE BOTTOM) TRANSPORTADORES HELICOIDALES

FERMENTACION FERMENTADOR AGITADOR DE FERMENTADOR COMPRESOR. DE AIRE

RECUPERACION DE PRODUCTO Y FORRAJ: .. DESEMULS IFICAWR FILTRO ROTATORIO DE VACIO FLOCULADOR CENTRIFUGA DE DISCOS

EVAPORACION Y SECADO SECADOR POR ASPERSION (PUC) SECADOR ROTATORIO (FORRAJE) EVAPORADOR - TERMOLIZAWR

EMPAQUE EQüIPO PARA PESAJE Y EMPAQUE

COSTO

130,000 (u.s. DOLARES)

380 M3,ACER0 AL CARBON, 2 UNIDADES

380 M3,ACER0 AL CARBON 90,000 0.2 M, 20 M LARGO, 4 UNIDADES 50,000

270,000

TRANSPORTADOR DOBLE HELICOIDAL 0.4 M x 30 M, 3 UNIDADES 300,000

0.2 M, 40 M LARGO, 10 UNIDADES 30 M3, ACERO AL CARBON, 5 UNIDADES 200,oo o

150,000 920,000

220 M3, ACERO INOXIDABLE, 38 UNIDADES 6,460,000 115 HP, ACERO INOXIDABLE, 38 UNIDADES 2,470,000 20.7 M3/MIN., 100 HP ROTATORIO, 38 UNIDADES

400.000 9,330,000

220 If3, ACERO INOXIDABLE, 8 UNIDADES 960,000 3.71 M3, I UNIDADES 294,000 100 M3, ACERO INOXIDABLE, 8 UNIDADES 400,000 125 HE', 31 M3/HR, 14 UNIDADES 1;121 ,o&o

2,775,000

90 TON DE PUC/DIA, 2 UNIDADES 3 M x 16.8 M, 2 UNIDADES

2,580,000 1,060,000

DE PELICULA DESCENDENTE, 2 UNIDADES 6 B 0 , O O O 4,320,000

8 - 10 SACOS/HIN. 80,000

COSTO TOTAL DE E Q U I P O : . $ 17,424,000

. PRODUCCION DE PUC A PARTIR DE BAGACILLO DE CANA ESTIMADO DE INVERSION TOTAL.

BASE: 50,000 TON DE SCPJAÑO CONTENIENDO 8 % DE HUMEDAD.

COSTO (MILLONES CONCEPTO DE DOLARES U.S.)

EQUIPO DE PROCESO (EP) INSTALACION (40 % DE EP) INSTRUMENTACION (13 % DE EP) TUBERIA,VALVULAS Y ACCESORIOS (31 % DE EP) ELECTRIC0 (10 % DE EP) EDIFICIOS Y SERVICIOS (40 0 DE EP) EXCAVACION Y PREPARACION DE TERRENO (10 0 DE EP) SERVICIOS AUXILIARES (55 % DE EP)

1 7 . 4 2 4

6 . 9 6 9 2 .265 5 . 4 0 1 1 . 7 4 2 6 .969 1 .742

9 . 5 8 3

52 .065

GASTOS DE CONSTRUCCION (30 % DE EP) 5 .227

INGENIERIA Y SUPERVISION (25 % DE EP) 4 .356 CUOTAS A CONTRATISTA (10 % DE EP) 1.742 CONTINGENCIAS (15 % DE EP) 2.614

GASTOS DE CONSTRUCCION 1 3 . 9 3 9 z

INVERSION FIJA TOTAL 66 ,004

CAPITAL DE TRABAJO (70 % DE EP) 1 2 . 2 0 0

INVERSION TOTAL 78 .204 ---- ----o=

ESTIMADO DE

B A S E : 50.000

CONCEPTO

PRODUCCION DE PUC A PARTIR DE BAGACILLO DE CARA COSTO DE PRODUCTO (PUC) . TON DE PUC/AÑO CONTENIENDO 8 % DE HUMEDAD.

COSTO (MILLONES DE DOLARES U.S.)

A. -

B. -

C. -

D. -

<i

COSTOS DIRECTOS MATERIAS PRIMAS SERVICIOS AUXILIARES MANO DE OBRA Y SUPERVISION MANTENIMIENTO (2 % DE. INVERSION FIJA) SUMINISTROS DE OPERACION (10 % DE MANTENIMIENTO)

17.878

5.399

1.100

1.278

0.128

COSTOS FIJOS DEPRECIACION (10 AROS LINEA RECTA, VALOR DE RESCATE 10 % DEL VALOR INICIAL) SEGUROS' (0.5 % DE INVERSION FIJA) RENTA DE TERRENO

GASTOS DE PLANTA (OVERHFB)

GASTOS GENERALES DISTRIBUCION Y VENTAS ADMINISTRACION (15 % DE MANO DE OBRA)

\

UTILIDADES DESPUES DE IMPUESTO (15 O DE RETORNO SOBRE LA INVERSION)

IMPUESTOS Y REPARTO DE UTILIDADES

CREDIT0 POR PRODUCCION DE FORRAJE (40 $/TON)

TOTAL

COSTO UNITARIO DE PRODUCTO;

25.783

5.940

0.320

0.090

6.350

0.660

1.300

O ..165

1.465

11.730

10.166

1.252 ( - )

I

PRODUCCION DE PUC A PARTIR DE BAGAZO ESTIMADO DE COSTO DE EQUIPO PRINCIPAL. (PROCESO MODIFICADO)

BASE: 50,000 TON DE PUC/AÑO CON 8 % DE HUMEDAD MAX.

ALMACENAMIENTO

TANQUE DE SOSA

TANQUE DE AMONIACO

TRANSPORTADORES HELICOIDAL ES

TRATAMIENTO ALCALINO

EQUIPO PARA TRATAMIENTO

TOLVAS

TRANSPORTADORES HELICOIDALES

FERMENTACION

FERMENTADOR

BOMBA DE RECIRCULACION

COSTO (u.s. DOLARES)

380 M3:ACER0 AL CARBON, 2 UNIDADES 130,000

380 M3 ACERO AL CARBON 9 0 , 0 0 0 0.2 M, 20 M LARGO, Y UNIDADES so, O 0 0

270,000

TRANSPORTADOR DOBLE HELICOIDAL, 3 UNIDADES 3 0 0 , 0 0 0

YO M ILARGO, 10 UNIDADES

30 M3, ACERO AL CARBON, 5 UNIDADES 200 ,000 150,000

920,000

500 M3, ACERO INOXIDABLE, 7 UNIDADES 3,640,000

250 Hl?, 9 M3/MIN., ACERO INOXIDABLE 230,000 7 UNIDADES

COMPRESOR DE AIRE 500 HI?, 100 M3/MIN., 7 UNIDADES ' . '1.,'1'00, 000

4,970,000 . .

> RECUPERACION.DE 'PRODUCTO . Y FORRAJE . .

DESEMULSIFICADOR , ACERO INOXIDABLE, 8 üNIDBDEC 960,000

FLOCUL ADOR 100 M'. ACERO INOXIDABLE. 8 UNIDADES 400,000 \

220 .$

CENTRIFUGAS DE DISCOS

FILTRO ROTATORIO OE VACIO 125 HI', 14 UNIDADES

a- 7 UNIDADES

EVAPORACION Y SECADO SECADOR POR ASPERSION

SECADOR ROTATORIO 2 UNIIlADES

EVAPORAWR-PASTEURIZADOR 2 UNIDADES

90 lTJN/DIA, 2 UNIDADES

EHPAQUE

EQUIPO PARA PESAJE Y EMPAQUE 8 - 10 SACOS/nIN.

COSTO TOTAL DE EQUIPO: INVERSION FIJA: INVERSION TOTAL:

1,121,000

' ' 294,000

2,775,000

2,580,000

1,060,000

680,000

4,320,000

80,000 13,335,000 50,51 O, O00 58,600,000

_<,-*.I._..-.- --_I_- --- , *., -

I

PRODUCCION DE PUC A I3ARTIR DE BAGACILLO D$ CANA ESTIMADO DE COSTO DE PRODUCTO (PUC) PROCESO MODIFICADO

BASE: 50,000 TON DE PUC/AÑO CONTENIENDO 8 % DE HUMEDAD

CONCEPTO COSTO (MILLONES DE DOLARES U.S.)

A.- COSTOS DIRECTOS 10.230 MATERIAS PRIMAS

SERVICIOS AUXILIARES 5.399

MANTENIMIENTO (2 % DE INVERSION FIJA) . 1.00 MANO DE OBRA Y SUPERVISION 0.800

SUMINISTROS DE OPERACION ( I O % DE MANTENIMIENTO) .(J.'.l.

17.529

. . .

B.- COSTOS FIJOS DEPRECIACION (10 MOS LINEA RECTA, VALOR DE RESCATE 10 % DEL VALOR INICIAL) 4.50

C.-

D. -

SEGUROS (0.5 % DE INVERSION RENTA DE TERRENO .

GASTOS DE PLANTA (OVERHFa)

GASTOS GENERALES

FIJA) , ,. .Q;.25 . . . I 'U. '09 -.

. . .. .

1.300 DISTRIBUCION Y VENTAS ADMINISTRACION (15 % DE MANO DE OBRA) ' 0.16'5

1.465

6-

i

UTILIDADES DESPUES DE IMPUESTO (15 % DE RETORNO SOBRE LA INVERSION) IMPUESTOS Y REPARTO DE UTILIDADES

8.79 '7.64

CREDIT0 POR PRODUCCION DE FORRAJE (4O$fTO??) . "1 .'252 c-) TOTAL 39.672

$ 793fTON *=====-

COSTO üNITARI0 DE PRODUCTO:

-

CONCLUSIONES

9ada la necesidad de producir alimentos en nuestro pais, el dL

seño de nuevos proyectos para la bioconversi6n de residuos agrícolks prin - cipalmente los lignocelul6sicos por ser l o s m5s abunrlantes, seguirán si-

do muy importantes.

El sistema de pretratamiento propuesto para aumentar la digesti-

bilidad de los residuos lignoeelulósicos a base de hidrbxido de calcio, - nos proporciona mejores resultados en la producci6n de proteína unicelu-

lar, comparado con el sistema tradicional que emplea HaOH, adoptado en el

. .

,

I Area üe üermentaciones del Departamento de Bioingenierfa y Biotecnologia

del CINVESTAV. Ademas de los resultados en la produocibn de Bioniasa y su

rendimiento,que son similares, hag otro factor importante J ea la econo-

d a del pretratamiento puesto que este rea

00 que otros emplea

.~

.' .ta piloto, en donde se definir,fa la mejor altern

dustrial, asi oomo el paquete ide ingeniar€ \

Una vez aplicado el pretratamiento diseñado en esta investiga--

ción, el producto de la fermeataoibn tiene dos alternativas de a$licaoi6n -

que son: F?oduccibn de PUC, con el problema a solucionar da la separaoibn

de biomasa del sustrato residual o, p r o el consumo animal, puesto que - el calcio residual esta por abajo del ifmite m8rimo permitido.

. .

.. . . . .

,..

1 b.. c

m”

u..

c

LC

r i..

Se continúa con un panorama amplio, pues oon investigaciones

posteriores se pueden llegar a emplear sistemas y condiciones tecnico

econdmicamente mas apropiadas. Nuestra participacion en este proyecto

otorga un sistema eficiente para la producción de PUC, con lo que el

objetivo queda cumplido, pero esto no significa que no puede ser per-

feccionado.

,

, . . Casas C. y De-la Torre W. (19

de proteinas de origen unicelular en residuos lignocelul6sicos, agríco-

las e industriales. Certificado de invennidn No 18957. México.

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