Yamil Liscano Martínez a, Ángela Adriana Ruiz-Colorado a, Sandra Daza a, Alejandra María Peláez...
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Yamil Liscano Martíneza, Ángela Adriana Ruiz-Coloradoa, Sandra Dazaa, Alejandra María Peláez Ruiza, Hader Castaño
Peláezb, Alfredo Martinezc, Cessna Mossc
a Universidad Nacional de Colombia Sede Medellínb Politécnico Jaime Isaza Cadavid, Medellín, Colombia
c Universidad autónoma de México, Cuernavaca, México
PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE TALLOS DE YUCA (Manihot esculenta crantz) PRETRATADOS
(https://liberiamissionblog.wordpress.com/, 2014)
INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
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ProblemasProblemas BeneficiosBeneficiosFig 1. Materiales lignocelulósicos para producción de etanol
Disminuyen reservas petróleo 7% anual (Zandvliet, 2011)
Contaminación ambiental Co2
6-8 gigatoneladas anuales (López et al.,
2011)
Seguridad alimentaria (Sánchez y Cardona,
2008)
Alta disponibilidad, 200 mil millones Ton
anuales (Ragauskas, 2006)
Reducción 80% gases invernadero (Londo,2010)
Adaptación a condiciones difíciles
(Aguilera, 2012)
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SFS (Sacarificación y fermentación simultánea) SFS (Sacarificación y fermentación simultánea) S.cerevisiae (Ethanol Red)S.cerevisiae (Ethanol Red)
Fig 2. Etapas para la producción de etanol de biomasa lignocelulosica
INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
HFI (Hidrólisis y fermentación HFI (Hidrólisis y fermentación independiente) independiente) E.coli MS04E.coli MS04
*Aumenta tasa de hidrólisis por conversión de azúcares
*Requerimiento bajo de enzima
*Eleva rendimiento producto*Disminuye inhibición enzimática*Duración corta proceso
(Sun y Cheng, 2002)
PretratamientoHidrólisis
enzimática Fermentación
EtanolHidrólisis enzimática + Fermentación
Hidrotratamiento
Ácido diluido
Solventes orgánicos
AFEX
Hidrólisis alcalina
Lignocelulósicos
(Lynd et al, 2002)
El objetivo de este trabajo fue obtener etanol de tallos de yuca, mediante la evaluación de los pretratamientos ácido diluido e hidrotérmico, y SFS con S.cerevisiae e HFI con E.coli MS04.
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INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVO METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
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INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
Tabla 1. Factores de cada proceso con diferentes niveles y la variable respuesta. Diseño Central compuesto con superficies de respuesta.
Proceso Factores Niveles Tipo de variable Variable respuesta
Hidrotérmico (Pabón y Ospina, 2009; Garrote,
2001; Ballesteros ,2002)
Temperatura (°C) 159,77 - 210,23 Aleatoria
Rendimiento g de azucares (xilosa + glucosa)/
g biomasa inicial)
Tiempo (minutos) 1,59 - 18,41 Aleatoria
Concentración de sólidos (% p/v) 8,3 - 12,5 Aleatoria
Tamaño de partícula (mm diámetro) 2 – 3 mm Fija
Ácido diluido (Pabón y Ospina, 2009; Garrote,
2001; Ballesteros ,2002; Sassner, 2008)
Temperatura (°C) 135 - 164 AleatoriaConcentración de ácido (%p/p) 0,146 -0,854 Aleatoria
Concentración de sólidos (% p/v) 10 Fija
Tamaño de partícula (mm diámetro) 2 -3 mm Fija
Tiempo (minutos) 5 Fija
SFS (Castaño, 2011)
Actividad enzimática (FPU/mL) 4-11 Aleatoria
Etanol (g/L)Inóculo (g/L) 1,59 - 4,41 AleatoriaTemperatura (°C) 38°C FijoAgitación (rpm) 130 FijoTiempo (horas) 72 Fijo
Tallos de Yuca: Variedad Copiblanca, Urabá•Molidos (2-3mm diámetro)•9,64% Humedad inicial
Pretratamiento ácido diluido: •10% sólidos•Volumen 200mL•0,85% ácido•164 °C•5 min
Hidrólisis enzimática:•10% sólidos•Celulasa: Multiefect B 56,92 FPU/mL•Volumen 100 mL•50°C•pH:4,8
Fermentación:E.Coli MS04 Hexosas y Pentosas•Volumen 2L•37°C•pH:7,0•300 rpm•48 horas
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Caracterización (NREL)
Fig 3. Proceso de producción de etanol de tallos de Yuca
SFS:•S.Cerevisiae (Ethanol Red) Hexosas•10% sólidos •Volumen 50mL•38°C•pH: 5,0 •Celulasa: Celluclast 33 FPU/mL•130 rpm•72 horas
Etanol (HPLC fase reversa)
Pretratamiento Hidrotérmico: •18,3 – 12,5% sólidos, •Volumen 200mL, •1,59 -18,41 min
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ComponenteEste Trabajo *
( %)
Celulosa 39,82 ± 0,62
Hemicelulosa 7,34 ± 0,11
Lignina 30,36 ± 0,41
Cenizas 3,72 ± 0,02
Extractivos total 22,25 ± 0,99
Total 103,48
*Datos de la tabla metodología NREL basado en peso seco
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Tabla 2. Caracterización tallos de Yuca
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Figura 4. Contorno. Relación % Sólido- Tiempo – Rendimiento de azúcares (Xilosa+Glucosa) / gramos biomasa inicial.
Tabla 3. ANAVA del rendimiento azúcares (G+X/Biomasa inicial)
Hidrólisis enzimática de pretratamiento hidrotérmico
Termino Coeficiente pConstante 0,0269 0,0000Temperatura (°C) 0,0018 0,4620Tiempo (min) -0,0047 0,0750Sólidos (%) 0,0089 0,0040Temperatura (°C)*Tiempo (min) -0,0107 0,0690
Temperatura (°C)*Sólidos (%) 0,0009 0,8710Sólidos (%)*Tiempo (min) -0,0039 0,4710
R2 0,74 Shapiro Wilk 0,837
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Tabla 4. ANAVA del rendimiento azúcares (G+X/Biomasa
inicial) Fig 5. Contorno. Relación % Ácido – Temperatura – Rendimiento de azúcares (Xilosa+Glucosa) / gramos biomasa inicial.
Hidrólisis enzimática de Pretratamiento ácido diluido
Termino Coeficiente pConstante 0,0664 0,0000
Concentración ácido (%) 0,0027 0,6960
Temperatura 0,0238 0,0080
Temperatura (°C)* Concentración ácido (%)
0,0229 0,1270
R2 0,80 Shapiro Wilk 0,296
INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
Fig 6. Rendimientos azúcares fermentables después de hidrólisis enzimática
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INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
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Fig 7. Valores óptimos para los factores del pretratamiento ácido diluido despues de hidrólisis Enzimática
Tabla 5. Condiciones para confirmar la condición óptima
Suma de
cuadradosGL
Cuadrado medio
F p
Entre grupos 0,313 3 0,104 11,593 0,002
Dentro de grupos
0,072 8 0,009
Total 0,385 11
Tabla 6. ANAVA
Validación óptimo ácido diluido
Factores Variable respuesta
Condición Acido (%) Sólidos (%) Tiempo (minutos)
Temperatura (°C)
Valores promedio g azucares/g biomasa en
natura
Desviación estándar
1 0,75 10 5 160 0,5265 0,02872 0,85 10 5 164 0,6688 0,11773 1 10 5 170 0,5049 0,14294 1,5 10 5 175 0,3783 0,0288
INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
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Fig 8. Producción de etanol y consumo de azúcares (E.coli MS04)
Tabla 7. Parámetros evaluados de las fermentaciones
Cepa Tiempo (h) Y p/s (g/g)
Producción de Etanol
(g/L)Productividad (g/Lh) Rendimiento ( %)
Azúcares iniciales
(g/L)
E.coli 24 0,48 8,87 0,37 94,44 19,12
Hidrólisis y fermentación independiente (HFI)
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Sacarificación y fermentación simultánea (SFS)
Fig 9. Producción de Etanol y Consumo de Glucosa (S. cerevisiae)
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7,5 FPU/mL de actividad enzimática y 3,67 g/L del inóculo
Tabla 8. ANAVA concentración de etanol (g/L) Fig 10. Contorno. Relación Actividad enzimática – Inóculo-Rendimiento de azúcares (Xilosa+Glucosa) / gramos biomasa inicial.
Sacarificación y fermentación simultánea (SFS)
Término Coeficiente p
Constante 1,1909 0,000
Actividad enzim. 0,1918 0,003
INOCULO 0,3026 0,000
FPU*INOCULO -0,1348 0,160
R2 0,95 Shapiro Wilk 0,630
INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
1. Los tallos de yuca Variedad Copiblanca presentan potencial para la producción de azúcares fermentables.
2. El pretratamiento que mejor dio resultados fue el ácido diluido.
3. La levadura Ethanol Red, en SFS produjo un máximo de 2,38 g/L de etanol
4. La cepa de E.coli MS04, consume tanto pentosas como hexosas con rendimientos del 94% y con concentraciones de etanol de 8,87 g/L.
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PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE TALLOS DE YUCA (Manihot esculenta crantz) PRETRATADOS
INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
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17
Bibliografía
18
.
Fig 11. Modificaciones genéticas a la cepa E.coli (Fernández, 2012)
19
Fig 12. Distribución tamaño de partícula después de moler
20
Componente
Este artículo antes de pretratamiento*
Han et al., 2010*
Castaño et al., 2011**
Martín et al., 2007
***
( %) (%) ( %) (%)
Celulosa 39,82 ± 0,62 35,2 38,8 35,2
Hemicelulosa 7,34 ± 0,11 24,3 7,2 12, 3
Lignina 30,36 ± 0,41 33,8 11,8 31
Cenizas 3,72 ± 0,02 2,2 - 8
Extractivos total 22,25 ± 0,99 - - 7,6
Total 103,48 95,5 57,8 94,1
*Datos de la tabla metodología NREL basado en peso seco**Datos de la tabla metodología Van Soest basado en peso seco. *** Datos Lignina de Klason
INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
Tabla 2. Caracterización tallos de Yuca
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Fig 13. Control SFS