Efecto del pretratamiento con ácido sulfúrico diluido sobre la hidrólisis enzimática del panicum maximum
Resumen
Panicum maximum es un pasto perenne con gran potencial para emplearse como materia prima en la producción de etanol debido a su resistencia a sequias y radiación solar, junto con una gran productividad de biomasa. De las operaciones unitarias empleadas en la producción de etanol, el pretratamiento es una de las etapas más demandantes energéticamente, superado únicamente por la destilación. Por lo tanto, se debe ajustar los parámetros de proceso para lograr la intensificación de esa operación. En este estudio, se evaluó el efecto de dos parámetros fundamentales del pretratamiento con ácido sulfúrico diluido empleando P. maximum: concentración de ácido y sólidos. La biomasa fue pretratada a 130oC durante 60 minutos con diferentes concentraciones de ácido (0,5; 1; 1,5% p/v) y sólidos (5; 8,5; 12% p/p), caracterizando la fracción sólida del pretratamiento. Posteriormente, se evaluó la digestibilidad de la biomasa pretratada mediante una hidrólisis enzimática. La condición seleccionada para el pretratamiento con ácido sulfúrico diluido fue 1,5% p/v con una concentración de sólidos de 12% p/p recuperando el 58,26 ± 0,62% de los sólidos y obteniéndose una concentración de azúcares reductores de 16,76 g/L luego de una hidrólisis enzimática de 48 horas.
Descargas
Lenguajes:
es;enAgencias de apoyo:
Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación (Colciencias) por el financiamiento a través del Programa de Jóvenes Investigadores y a la beca de posgrado de la Fundación Juan Pablo Gutiérrez CáceresReferencias bibliográficas
NAIR, R.B., LENNARTSSON, P.R. and TAHERZADEH, M.J. Book Chapter: Bioethanol production from agricultural and municipal wastes. Current Developments in Biotechnology and Bioengineering: Solid Waste Management. 1 ed. Lucknow (India): Elsevier, 2016, p.157-190.
HUANG, C., GUO, H.J., WANG, C., XIONG, L., LUO, M., CHEN, X., ZHANG, H., LI, H. and CHEN X. Efficient continuous biogas production using lignocellulosic hydrolysates as substrate: A semi-pilot scale long-term study. Energy Conversion and Management, 151, 2017, p. 53-62.
MAHMUD, M.I. and CHO, H.M. A review on characteristics, advantages and limitations of palm oil biofuel. International Journal of Global Warming, 14(1), 2018, p. 81-96.
JAISWAL, D., DE SOUZA, A., LARSEN, S., LEBAUER, D., MIGUEZ, F., SPAROVEK, G., BOLLERO, G., BUCKERIDGE, M. and LONG S. Brazilian sugarcane ethanol as an expandable Green alternative to crude oil use. Nature Climate Change, 7(11), 2017, p. 788-792.
ECKERT, C., FRIGO, E., ALBRECHT, L., ALBRECHT, A., CHRIST, D., SANTOS, W., BERKEMBROCK, E. and EGEWARTH, V. Maize ethanol production in Brazil: characteristics and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 2018, p. 3907-3912.
JOGLEKAR, S.N., TANDULJE, A.P., MANDAVGANE, S.A. and KULKARNI, B.D. Environmental impact study of bagasse valorization routes. Waste and Biomass Valorization, 2018, p. 1-12.
MARTINEZ, E. and NG, K.S. Design of biorefinery systems for conversion of corn stover into biofuels using a biorefinery engineering framework. Clean Technologies and Environmental Policy, 2017, p. 1-14.
TALEBNIA, F., MIGHANI, M., RAHIMNEJAD, M. and ANGELIDAKI, I. Ethanol production from steam exploded rapeseed straw and the process simulation using artificial neutral networks. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 20(1), 2015, p. 139-147.
WONGSEGONSUP, R. and JANE, J. Effects of different mill types on ethanol production using uncooked dry-grind fermentation and characteristics of residual starch in distiller´s dried grains (DDG). Cereal Chemistry, 94(4), 2017, p. 645-653.
KRISTIANTO, Y. and ZHU, L. Techno-economic optimization of ethanol synthesis from rice-straw supply chains. Energy, 141, 2017, p. 2164-2176.
QUEVEDO, B., NARVAEZ, P., PEDROZA, A. and VELASQUEZ, M. Production of lignocellulolytic enzymes from floriculture residues using Pleurotus ostreatus. Universitas Scientiarum, 20(1), 2015, p. 117-127.
YANG, M., ZHANG, J., KUITTINEN, S., VEPSALAINEN, J., SOININEN, P., KEINANEN, M. and PAPPINEN, A. Enhanced sugar production from pretreated barley straw by additive xylanase and surfactants in enzymatic hydrolysis for acetone-butanol-ethanol fermentation. Bioresource Technology, 189, 2015, p. 131-137.
SHARMA, B., BIRRELL, S. and MIGUEZ, F. Spatial modeling framework for bioethanol plant siting and biofuel production potential in the U.S. Applied Energy, 191, 2017, p. 75-86.
LEWANDOWSKI, I., CLIFTON, J., TRINDADE, L., VAN DER LINDEN, G., SCHAWARZ, K., MULLER, K., ANISIMOV, A., CHEN, C. and DOLSTRA O. Progress son optimizing miscanthus biomass production for the european bioeconomy: results of the EU FP7 project OPTIMISC. Frontiers in Plant Science, 7, 1620, 2016.
JONKER, J., VAN DER HILST, F., JUNGINGER, H., CAVALETT, O., CHAGAS, M. and FAAIJ, A. Outlook for ethanol production costs in Brazil up to 2030, for different biomass crops and industrial technologies. Applied Energy, 147, 2015, p. 593-610.
CARDONA, E., RIOS, J., PEÑA, J., PEÑUELA, M. and RIOS, L. King Grass: a very promising material for the production of second generation ethanol in tropical countries. Biomass and Bioenergy, 95, 2016, p. 206-213.
BERNAL, J. Capítulo 16: Gramíneas de clima cálido. Parte III: Principales especies forrajeras utilizadas en Colombia. Pastos y Forrajes Tropicales – Producción y Manejo. 3 ed. Bogotá (Colombia): Editorial Banco Bilbao Vizcaya Argentaria, 1994, 544 p.
BAIG, M., DHARMADHIKARI, S. and ISMAIL, S. Technological processes for conversion of lignocellulosic biomass to bioethanol. Journal of Pure and Applied Microbiology, 11(4), 2017, p. 1863-1881.
CHEN, H. and LIU, H. Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass from low to high solids loading. Engineering in Life Sciences, 17(5), 2017, p. 489-499.
QING, Q., GUO, Q., ZHOU, L., GAO, X., LU, X. and ZHANG, Y. Comparison of alkaline and acid pretreatments for enzymatic hydrolysis of soybean hull and soybean straw to produce fermentable sugars.
Industrial Crops and Products, 109, 2017, p. 319-397.
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS - ASTM INTERNATIONAL. D1511 – 12 - Standard Test Method for Carbon Black-Pellet Size Distribution. Rubber, Natural and Synthetic – General Test Methods, 09.01, 2017, p. 4.
KRASZNAI, D., CHAMPAGNE, R., ROY, H., CHAMPAGNE, P. and CUNNINGHAM, M. Compositional analysis of lignocellulosic biomass: conventional methodologies and future outlook. Critical Reviews in Biotechnology, 38(2), 2018, p. 199-217.
LIU, E., DAS, L., ZHAO, B., CROCKER, M. and SHI, J. Impact of dilute sulfuric acid, ammonium hydroxide, and ionic liquid pretreatments on the fractionation and characterization of engineered switchgrass. Bioenergy Research, 10(4), 2017, p. 1079-1093.
SHI, S., GUAN, W., KANG, L. and LEE, Y. Reaction kinetic model of dilute acid-catalyzed hemicellulose hydrolysis of corn stover under high-solid conditions. Industrial and Engineering Chemistry Research, 56(39), 2017, p. 10990-10997.
ZHANG, Z., VANCOV, T., MACKINTOSH, S., BASU, B., LALI, A., QIAN, G., HOBSON, P. and DOHERTY, W. Assessing dilute acid pretreatment of different lignocellulosic biomasses for enhanced sugar production. Cellulose 23(6), 2016, p. 3771-3783.
KAPOOR, M., SOAM, S., AGRAWAL, R., GUPTA, R., TULI, D. and KUMAR, R. Pilot scale dilute acid pretreatment of rice straw and fermentable sugar recovery at high solid loadings. Bioresource Technology, 224, 2017, p. 688-693.
CASTILLO-SALDARRIAGA, C.R. Obtención de un hidrolizado detoxificado a partir de biomasa lignocelulósica de Panicum maximum para su uso como sustrato en la fermentación alcohólica [Tesis Maestría Ingeniería Química. Bogotá (Colombia): Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá, Facultad de Ingeniería, 2014, 142 p.
SHARMA, A., TEWARI, R., RANA, S., SONI, R. and SONI, S. Cellulases: classification, methods of determination and industrial applications. Applied Biochemistry and Biotechnology, 179(8), 2016, p. 1346-1380.
RAY, A., HOOVER, A., NAGLE, N., CHEN, X. and GRESHAM, G. Effect of pelleting on the recalcitrance and bioconversion of dilute-acid pretreated corn stover under low- and high solids conditions. Biofuels, 4, 2013, p. 217-284.
RABELO, S. Evaluation and optimization of pretreatments and enzymatic hydrolysis of the sugarcane bagasse for second-generation ethanol production [Tesis doctoral en Ingeniería Química]. Campinas (Brasil): Universidad Estatal de Campinas, Facultad de Ingeniería Química, 2010, 414 p.
ROJAS, L.C. Evaluación de pre-tratamientos biológicos y térmicos previos a la hidrólisis enzimática de fibra prensada de palma, para la producción de azúcares fermentables [Tesis maestría en Ingeniería Química]. Bogotá (Colombia): Universidad Nacional de Colombia, Facultad de ingeniería, 2011, 120 p.
QUEVEDO, B. Evaluación de la degradación de residuos de floricultura para la obtención de azúcares con el uso de tres hongos lignocelulolíticos [Tesis doctor en Ingeniería, Ingeniería Química]. Bogotá (Colombia): Universidad Nacional de Colombia, Facultad de ingeniería, 2011, 178 p.
MATEUS, L. Evaluación de los pretratamientos con ácido sulfúrico diluido y AFEX en la biomasa lignocelulósica del tipo pasto gigante “Pennisetum Sp” [Tesis maestría Ingeniería Química]. Bogotá (Colombia): Universidad Nacional de Colombia, facultad de ingeniería, 2011, 81 p.
HAGE, R., CHRUSCIEL, L., DESHARNAIS, L. anad BROSSE, N. Effect of autohydrolysis of Miscanthus x giganteus on lignina structure and organosolv delignification. Bioresource Technology, 101, 2010, p. 9321-9329.
WYMAN, C., BALAN, V., DALE, B., ELANDER, R., FALLS, M., HAMES, B., HOLTZAPPLE, M., LADISCH, M., LEE, Y., MOSIER, N., PALLAPOLU, V., SHI, J., THOMAS, S. and WARNER, R. Comparative data on effects of leading pretreatments and enzyme loadings and formulations on sugar yields from different switchgrass sources. Bioresource Technology, 102, 2011, p. 11052-11062.
MARESCA, A., HYKS, J. and ASTRUP, T. Recirculation of biomass ashes onto forest soils: ash composition, mineralogy and leaching properties. Waste Management, 70, 2017, p. 127-138.
CASTRO, E., DÍAZ, M., CARA, C., RUIZ, E., ROMERO, I. and MOYA, M. Dilute acid pretreatment of rapeseed straw for fermentable sugar generation. Bioresource Technology, 102, 2011, p. 1270-1276.
LI, C., KNIERIM, B., MANISSERI, C., ARORA, R., SCHELLER, H., AUER, M., VOGEL, K., SIMMONS, B. and SINGH, S. Comparison of dilute acid and ionic liquid pretreatment of switchgrass: biomass recalcitrance, delignification and enzymatic saccharificatin. Bioresource Technology, 101, 2010, p. 4900-4906.
CHENG, Y., ZHENG, Y., WEI, C., DOOLEY, T., JENKINS, B. and VANDERGHEYNST, J. Evaluation of high solids alkaline pretreatment of rice straw. Applied Biochemistry and Biotechnology, 162, 2010, p. 1768-1784.
Español
Inglés
.png)
