Escudo de la República de Colombia
Sistema Nacional de Biliotecas - Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombia Biblioteca Digital - Repositorio Institucional UN Sistema Nacional de Bibliotecas UN

Valorización de la cascarilla de cebada del proceso cervecero para la producción de xilitol

Rojas Pérez, Lilia Carolina (2018) Valorización de la cascarilla de cebada del proceso cervecero para la producción de xilitol. Doctorado thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.

Texto completo

[img]
Vista previa
PDF - Versión Aceptada
Available under License Creative Commons Attribution No Derivatives.

7MB

Resumen

En el contexto de la bioeconomía, las biorrefinerías fase III tienen como objetivo la obtención de diversos productos de mayor valor agregado que los biocombustibles, a partir de diferentes tipos de biomasas, principalmente agroindustriales. Esta tendencia es cada vez más importante y se espera que en el corto plazo sea una realidad. En esta investigación se produjo xilitol a partir de la cascarilla de cebada residual del proceso cervecero, una de las biomasas agroindustriales más generadas a nivel global y local, a través de dos opciones de proceso diferentes que involucraron un pre-tratamiento alcalino o de explosión con vapor, seguidas de la hidrólisis enzimática de los arabinoxilanos extraídos en el medio líquido y la posterior fermentación de la xilosa liberada hasta xilitol. En la primera opción de proceso desarrollada, se realizó por primera vez un estudio cinético de la extracción de los arabinoxilanos en el líquido de pre-tratamiento alcalino, encontrándose el mayor grado de extracción a las 12 horas de reacción con un rendimiento del 64,81%, a 40°C, 360 rpm y una relación de alimentación de 1:14 peso de cascarilla por volumen de NaOH 4 M. El seguimiento de la reacción a través del tiempo, permitió el ajuste de una cinética de primer orden pseudo-homogénea irreversible según el modelo de Saeman, así como la determinación de la energía de activación para tres de las cuatro temperaturas evaluadas (ecuación de Arrhenius). Para la segunda opción de proceso se evaluó por primera vez una etapa enzimática integrada de desproteinización y eliminación de almidón previa al pre-tratamiento de explosión con vapor; el rendimiento máximo que se alcanzó fue de 47,0%, realizando la operación a 173,5°C por 15,5 min (condiciones optimizadas) e impregnando la biomasa con 0,5% p/v H2SO4. Posteriormente, se realizó la hidrólisis enzimática de los arabinoxilanos extraídos en los líquidos de pre-tratamiento de dos maneras diferentes: evaluando la sinergia de hasta siete enzimas puras tipo endo-1,4--xilanasas de las familias GH10 y GH11, -Larabinofuranosidasas de la familia GH51 y GH43, -xilosidasas, -D-glucuronidasas, acetil xilano y feruloil estearasas, o el complejo enzimático comercial CellicTM Ctec I suplementado con -xilosidasa. El máximo rendimiento que se obtuvo para la liberación de xilosa fue de 63,63% para el primer pre-tratamiento y de 78-86% para el segundo pretratamiento, destacándose que por primera vez se realizó una hidrólisis enzimática de un líquido de pre-tratamiento proveniente de la tecnología de explosión con vapor, con una concentración potencial de sustrato de 60 g/L de xilosa. Finalmente, en la fermentación de los hidrolizados la producción de xilitol fue 58,84 g/L, con un YP/S de 0,73 g/g y una QP 1,14g/L/h para el pre-tratamiento alcalino y una concentración máxima de 37,16 g/L de xilitol con un rendimiento de 0,76 g/g y una QP de 0,29 g/L/h para el pre-tratamiento de explosión con vapor. El parámetro de escalamiento kLa, determinado experimentalmente, fue 15 h-1., Abstract: In the bioeconomy context, phase III biorefineries have as aim to obtain various products with higher value-added than biofuels, from different types of biomass, mainly agro industrial. This trend is a topic of increasing importance and it is expected to become a reality in the short term. In this research, the production of xylitol from brewer’s spent grain was reached, as one of the agro industrial biomass more generated at local and global level, through two different process options that involved an alkaline or steam explosion pre-treatment, followed by the enzymatic hydrolysis of the extracted arabinoxylans in the liquid fraction and the fermentation stage of xylose to xylitol. In the first process option, was done by first time a kinetic study of the arabinoxylans extraction in the alkaline liquid pre-treatment, the higher extraction was found in 12 hours of residence time with a 64,81%. The conditions of pre-treatment were: 40°C, 360 rpm and 1:14 relation of weight of brewer’s spent grain by volume of 4 M NaOH. The first order irreversible kinetic was adjusted by the Saeman model and the activation energy was calculated for three of the four temperatures assessed (Arrhenius equation). For the second process option was evaluated by first time an enzymatic desproteinization and destarching stage previous to the steam explosion pretreatment, 47% was the higher yield reached in the operation at 173°C x 15,5 min (optimal conditions) with a 0,5% w/v H2SO4 impregnation. After that, to evaluate the synergy between seven enzymes, an enzymatic hydrolysis was made over the arabinoxylans extracted in the liquid fraction by two different options. The enzymes were endo-1,4--xylanase from the families GH10 y GH11, -Larabinofuranosidase from the families GH51 y GH43, -xylosidase, -D-glucuronidase, acetyl xylane and feruloyl esterases or the enzymatic commercial complex CellicTM Ctec I supplemented with -xylosidase. The liberation of xylose was calculated through the reaction yield, the higher yield for arabinoxylan extracted from the alkaline pretreatment was 63,63% and for the second pretreatment was 78-86%, highlighting for first time the enzymatic hydrolysis of liquid fraction with a xylose potential of 60 g/L from the steam explosion pretreatment. Finally, xylitol was produced in 58,84 g/L with a YP/S of 0,73 g/g and QP 1,14g/L/h for the first process and 37,16 g/L with a YP/S of 0,76 g/g and QP 0,29 g/L/h for the second process. The scale-up parameter, kLa was determined experimentally as 15 h-1.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Doctorado)
Colaborador / Asesor:Quevedo Hidalgo, Balkys Esmeralda and Paulo César, Narváez Rincón
Información adicional:Doctor en Ingeniería - Ingeniería Química. Línea de Investigación: Biomasa y biocombustibles.
Palabras clave:Cascarilla de cebada, Xilitol, Explosión con vapor, Pre-tratamiento alcalino, Arabinoxilanos, Hidrólisis enzimática, Biorrefinería, Brewer’s spent grain , ,, Xylitol, Ssteam explosion, Alkaline pretreatment, Arabinoxylans, Enzymatic hydrolysis, Biorefinery
Temática:6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Ingeniería > Departamento de Ingeniería Química y Ambiental > Ingeniería Química
Código ID:69970
Enviado por : Unnamed user with email lcrojasp@unal.edu.co
Enviado el día :06 Noviembre 2018 13:57
Ultima modificación:06 Noviembre 2018 13:57
Ultima modificación:06 Noviembre 2018 13:57
Exportar:Clic aquí
Estadísticas:Clic aquí
Compartir:

Solamente administradores del repositorio: página de control del ítem

Vicerrectoría de Investigación: Número uno en investigación
Indexado por:
Indexado por Scholar Google WorldCat DRIVER Metabiblioteca OAIster BASE BDCOL Registry of Open Access Repositories SNAAC Red de repositorios latinoamericanos eprints Open archives La referencia Tesis latinoamericanas OpenDOAR CLACSO
Este sitio web se ve mejor en Firefox