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Obtención de un hidrolizado detoxificado a partir de biomasa lignocelulósica de Panicum maximum para su uso como sustrato en la fermentación alcohólica

Castillo Saldarriaga, Carlos Rafael (2014) Obtención de un hidrolizado detoxificado a partir de biomasa lignocelulósica de Panicum maximum para su uso como sustrato en la fermentación alcohólica. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia.

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Resumen

El objetivo de esta investigación fue estudiar el efecto de una alta concentración de sólidos en la etapa de pretratamiento e hidrólisis enzimática empleando como materia prima biomasa lignocelulósica de Panicum maximum. Posteriormente, se evaluaron dos tratamientos de detoxificación de hidrolizados con el objetivo de ser usados como sustrato para la producción de etanol. Como pretratamiento se seleccionó ácido sulfúrico diluido. Las condiciones de pretratamiento evaluadas fueron: concentración de ácido sulfúrico (0.5; 1; 1.5 %p/v) y concentración de sólidos (5; 8.5; 12% p/p) a una temperatura de 130oC por 60 minutos. Posteriormente, se determinó la digestibilidad de la biomasa pretratada con una hidrólisis enzimática usando un complejo de celulasas y β-glucosidasa a una temperatura de 50oC y pH 4.8 durante 48 horas. Se empleó un diseño central compuesto de 10 corridas con dos bloques para el análisis de la etapa de pretratamiento. La mejor condición de pretratamiento con ácido diluido fue: 1.5 %p/v y 12 %p/p con una recuperación de sólidos del 58% y una concentración de azúcares reductores de 16.7 g/L (61% de conversión de celulosa a glucosa) en la prueba de digestibilidad. El estudio de la hidrólisis enzimática, se dividió en dos etapas: determinación de la concentración mínima de enzimas e hidrólisis enzimática con alta concentración de sólidos. En la primera, se realizó un diseño experimental de 11 corridas con el método de superficie de respuesta evaluando diferentes concentraciones de enzima en una hidrólisis enzimática de biomasa pretratada con 5% p/p de sólidos. En la segunda etapa, se manejó la misma concentración inicial de biomasa pretratada, realizando dosificaciones de biomasa y enzimas para alcanzar concentraciones finales de sólidos de 7, 9, 10, 12, 15 y 20 %p/p. La mayor concentración de azúcares reductores fue de 67 g/L con una concentración de sólidos final del 20 %p/p a las 48 horas. Para la detoxificación se empleó el tratamiento de hidróxido de sodio, carbón activado y una combinación de ambos, evaluando la fermentabilidad del hidrolizado detoxificado. El hidrolizado con mejores resultados fue el detoxificado con el tratamiento de hidróxido de sodio alcanzando una concentración de etanol de 19.5 g/L y una productividad de 0.81 g etanol/L/h., Abstract. The objective of this investigation was to study the effect of high solids loading of lignocellulosic biomass on pretreatment and enzymatic hydrolysis to ethanol production. Also, two detoxification methods on hydrolysates were evaluated. Lignocellulosic biomass of Panicum maximum was used as feedstock. Diluted sulfuric acid was selected as biomass pretreatment. Conditions evaluated were: sulfuric acid concentration (0.5; 1; 1.5 %w/v) and solids loading (5; 8.5; 12% w/w). Pretreatment was conducted at 130oC and 60 minutes. Subsequently, pretreated biomass digestibility was determined with an enzymatic hydrolysis using cellulase complex and β-glucosidase at 50oC and a pH 4.8 during 48 hours. Response surface methodology (RSM) was used to design the experiments matrix. Best conditions of diluted acid pretreatment were: 1.5 % w/v and 12 %w/w with 58% solid recovery and 16.7 g/L (61% cellulose conversion to glucose) total reducing sugars (TRS) after digestibility test. This condition was used to pretreat all biomass for the following experiments. The enzymatic hydrolysis studied was divided in two stages: (1) determination of minimum enzymes load and (2) enzymatic hydrolysis with high solids loading. First stage was carried out with RSM. Different enzyme dosages were evaluated with 5 %w/w pretreated biomass loading. In second stage, consecutive enzyme and pretreated biomass dosages were done to achieve final solids loading of 7, 9, 10, 12, 15 and 20% w/w. The highest TRS was 67 g/L with a final solid loading of 20 %w/w. Detoxification methods consisted of sodium hydroxide, carbon activated and a combination of them. Detoxification quality was evaluated through fermentability of hydrolysates. Sodium hydroxide was the best method with 19.5 g/L ethanol concentration. Ethanol productivity was 0.81 g ethanol /L/h.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Velasquez Lozano, Mario Enrique
Información adicional:Magister en Ingeniería Química. Línea de Investigación: Bioprocesos
Palabras clave:Concentración de sólidos, Detoxificación, Fermentación, Hidrólisis enzimática, Pretratamiento, High solids loading, Detoxification, Fermentation, Enzymatic hydrolysis, Pretreatment
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:46027
Enviado por : Carlos Rafael Castillo Saldarriaga
Enviado el día :10 Dec 2014 08:22
Ultima modificación:10 Dec 2014 08:22
Ultima modificación:10 Dec 2014 08:22
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