Título :	Eficiencia en la obtención de azúcares fermentables del pericarpio de maíz hidrolizado y su utilización para la producción de bioetanol
Autor(es):	Diana Victoria Melo Sabogal
Palabras clave:	Biomasa lignocelulosica Bioetanol Fermentación Pericarpio de maíz Pretratamiento Sacarificación Lignocellulosic biomass Bioethanol Fermentation Corn pericarp Pretreatment Saccharification
Área:	BIOLOGÍA Y QUÍMICA
Fecha de publicación :	4-dic-2017
Facultad:	Facultad de Química
Programa académico:	Maestría en Ciencia y Tecnología de Alimentos
Resumen:	Los residuos agroindustriales son recursos renovables ampliamente distribuidos en la naturaleza, por lo cual se ha suscitado un fuerte interés para la producción de biocombustibles debido a su composición química, alta disponibilidad y no interferencia con la seguridad alimentaria de la población. Sin embargo, su uso se ve limitado por la compleja estructura del material, generación de inhibidores de la fermentación, bajos rendimientos de azúcares fermentables y de etanol. El objetivo de este trabajo fue evaluar la eficiencia en la obtención de azúcares fermentables del pericarpio de maíz hidrolizado (PMH) y su utilización para la producción de bioetanol. Se evaluó mediante un diseño experimental el efecto de pretratamientos con ácidos diluidos (sulfúrico y fosfórico), sobre la liberación de azúcares simples y la formación de compuestos inhibidores de la fermentación. Además, se determinó el efecto del complejo enzimático Cellic CTec2 sobre la sacarificación de celulosa del material sólido pretratado. Se establecieron los parámetros de fermentación de las fracciones líquidas de PMH, cuando se usó Scheffersomyces stipitis para producir bioetanol. La composición del pericarpio de maíz (% p/p) fue hemicelulosa (48.7), solubles (33.16), celulosa (16.78) y lignina (1.19). El pretratamiento de pericarpio de maíz (20 % p/v) con ácido sulfúrico al 2 % (v/v), durante 60 min a 121 °C, permitió la mayor liberación de glucosa (9.192 ± 0.336 g/L), arabinosa (13.908 ± 0382 g/L) y xilosa (29.871 ± 0.856 g/L), y la generación de 3.311 ± 0.035 g/L de ácido acético. La sacarificación enzimática de la fracción sólida del PMH usando 5 % y 7 % (p/v) de sólidos y 40 UPF/mL de Cellic CTec2, a 50 °C, permitió una producción de 29.997 ± 2.376 y 34.172 ± 2.407 g de glucosa/L, respectivamente, con una conversión de celulosa de 99.988 ± 5.941 % a las 48 h usando 5 % sólidos, además, 83.691 ± 7.950 % a las 72 h con 7 % sólidos con la respectivamente. La mayor concentración de etanol (14.219 ± 0.986 g/L) y la eficiencia más alta (0.585 ± 0.041 g de etanol/g de azúcares consumidos), así como la menor generación de biomasa (0.009 ± 0.000 g/g azúcares consumidos) fueron obtenidos empleando la fracción líquida del PMH como sustrato, destoxificado con carbón activado al 8 % (p/v). La glucosa se consumió completamente a las 96 h y la xilosa a las 120 h de fermentación, tiempo en el que se obtuvo la mayor concentración de etanol. El pericarpio de maíz es una fuente de biomasa lignocelulósica con potencial para la obtención de azúcares simples que puedan ser fermentados a bioetanol, mediante hidrólisis con ácido sulfúrico diluido. Agroindustrial wastes are renewable resources widely distributed in nature, and due to their chemical composition, high availability without interfering with the food supply, there is strong interest in their application for biofuels production. However, their use is limited by the complex structure of the material, generation of products that are fermentation inhibitors, and low yields of fermentable sugars and ethanol. The objective of this work was to evaluate the efficiency of fermentable sugars released from hydrolyzed maize pericarp (PMH) and its use for the production of bioethanol. The effect of pretreatment with dilute acids (sulfuric and phosphoric), on the release of simple sugars and the formation of fermentation inhibiting compounds was evaluated by an experimental design. In addition, the effect of the Cellic CTec2 enzymatic complex on cellulose saccharification from the pretreated solid material was determined. The fermentation parameters of the PMH liquid fractions were established when Scheffersomyces stipitis was used to produce bioethanol. The composition of maize pericarp (% w/w) was: hemicellulose (48.7), soluble material (33.16), cellulose (16.78), and lignin (1.19). Pretreatment of corn pericarp (20 % w/v) with 2 % (v/v) sulfuric acid for 60 min at 121°C allowed the highest release of glucose (9.192 ± 0.336 g/L), arabinose (13.908 ± 0.382 g/L) and xylose (29.871 ± 0.856 g/L), and the generation of 3.311 ± 0.035 g/L acetic acid. The enzymatic saccharification of the PMH solid fraction using 5 % and 7 % (w/v) solids and 40 FPU/mL Cellic CTec2, at 50°C, produced 29.997 ± 2,376 and 34.172 ± 2.407 g of glucose/L, respectively. The cellulose conversion was 99.988 ± 5.941 % at 48 h, 5 % solids, and 83.691 ± 7.950 % at 72 h, 7 % solids, respectively. When the PMH liquid fraction, detoxified with 8 % (w/v) activated carbon, was used as substrate gave the highest ethanol concentration (14.219 ± 0.986 g/L), the highest efficiency (0.585 ± 0.041 g ethanol/g consumed sugars), but the lowest biomass generation (0.009 ± 0.000 g/g consumed sugars). Glucose was completely consumed at 96 h, while xylose lasted up to 120 h of fermentation, time at which the highest ethanol concentration was achieved. Corn pericarp is a source of lignocellulosic biomass showing potential to obtain simple sugars by dilute sulfuric acid hydrolysis, which can be fermented to produce bioethanol.
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/1216
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