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PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE TALLOS DE YUCA ( Manihot esculenta crantz) PRETRATADOS

PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE TALLOS DE YUCA ( Manihot esculenta crantz) PRETRATADOS. Yamil Liscano Martínez a , Ángela Adriana Ruiz- Colorado a , Sandra Daza a , Alejandra María Peláez Ruiz a , Hader Castaño Peláez b , Alfredo Martinez c , Cessna Moss c

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PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE TALLOS DE YUCA ( Manihot esculenta crantz) PRETRATADOS

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  1. PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE TALLOS DE YUCA (Manihot esculenta crantz) PRETRATADOS Yamil Liscano Martíneza, Ángela Adriana Ruiz-Coloradoa, Sandra Dazaa, Alejandra María Peláez Ruiza, Hader Castaño Peláezb, Alfredo Martinezc, CessnaMossc a Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín b Politécnico Jaime Isaza Cadavid, Medellín, Colombia c Universidad autónoma de México, Cuernavaca, México

  2. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Problemas Fig 1. Materiales lignocelulósicos para producción de etanol Beneficios Disminuyen reservas petróleo 7% anual (Zandvliet, 2011) Alta disponibilidad, 200 mil millones Ton anuales (Ragauskas, 2006) Contaminación ambiental Co2 6-8 gigatoneladasanuales (López et al., 2011) Reducción 80% gases invernadero (Londo,2010) Adaptación a condiciones difíciles (Aguilera, 2012) Seguridad alimentaria (Sánchez y Cardona, 2008) (https://liberiamissionblog.wordpress.com/, 2014)

  3. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Fig 2. Etapas para la producción de etanol de biomasa lignocelulosica HFI (Hidrólisis y fermentación independiente) E.coli MS04 Lignocelulósicos (Lynd et al, 2002) Hidrólisis enzimática Pretratamiento Fermentación Hidrólisis enzimática + Fermentación Etanol SFS (Sacarificación y fermentación simultánea) S.cerevisiae (Ethanol Red) (Sun y Cheng, 2002)

  4. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVO METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA El objetivo de este trabajo fue obtener etanol de tallos de yuca, mediante la evaluación de los pretratamientosácido diluido e hidrotérmico, y SFS con S.cerevisiae e HFI con E.coli MS04.

  5. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Tabla 1. Factores de cada proceso con diferentes niveles y la variable respuesta. Diseño Central compuesto con superficies de respuesta.

  6. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Fig 3. Proceso de producción de etanol de tallos de Yuca • Pretratamiento Hidrotérmico: • 18,3 – 12,5% sólidos, • Volumen 200mL, • 1,59 -18,41 min • Pretratamiento ácido diluido: • 10% sólidos • Volumen 200mL • 0,85% ácido • 164 °C • 5 min • Tallos de Yuca: • Variedad Copiblanca, Urabá • Molidos (2-3mm diámetro) • 9,64% Humedad inicial Caracterización (NREL) • Hidrólisis enzimática: • 10% sólidos • Celulasa: Multiefect B 56,92 FPU/mL • Volumen 100 mL • 50°C • pH:4,8 • SFS: • S.Cerevisiae(Ethanol Red) Hexosas • 10% sólidos • Volumen 50mL • 38°C • pH: 5,0 • Celulasa: Celluclast 33 FPU/mL • 130 rpm • 72 horas • Fermentación: • E.Coli MS04 Hexosas y Pentosas • Volumen 2L • 37°C • pH:7,0 • 300 rpm • 48 horas Etanol (HPLC fase reversa)

  7. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Tabla 2. Caracterización tallos de Yuca *Datos de la tabla metodología NREL basado en peso seco

  8. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Hidrólisis enzimática de pretratamiento hidrotérmico Figura 4. Contorno. Relación % Sólido- Tiempo – Rendimiento de azúcares (Xilosa+Glucosa) / gramos biomasa inicial. Tabla 3. ANAVA del rendimiento azúcares (G+X/Biomasa inicial)

  9. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Hidrólisis enzimática de Pretratamiento ácido diluido Tabla 4. ANAVA del rendimiento azúcares (G+X/Biomasa inicial) Fig 5. Contorno. Relación % Ácido – Temperatura – Rendimiento de azúcares (Xilosa+Glucosa) / gramos biomasa inicial.

  10. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Fig 6. Rendimientos azúcares fermentables después de hidrólisis enzimática

  11. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Validación óptimo ácido diluido Fig 7. Valores óptimos para los factores del pretratamiento ácido diluido despues de hidrólisis Enzimática Tabla 5. Condiciones para confirmar la condición óptima Tabla 6. ANAVA

  12. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Hidrólisis y fermentación independiente (HFI) Fig 8. Producción de etanol y consumo de azúcares (E.coli MS04) Tabla 7. Parámetros evaluados de las fermentaciones

  13. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Sacarificación y fermentación simultánea (SFS) Fig9. Producción de Etanol y Consumo de Glucosa (S. cerevisiae)

  14. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Sacarificación y fermentación simultánea (SFS) Fig 10. Contorno. Relación Actividad enzimática – Inóculo-Rendimiento de azúcares (Xilosa+Glucosa) / gramos biomasa inicial. Tabla 8. ANAVA concentración de etanol (g/L) 7,5 FPU/mL de actividad enzimática y 3,67 g/L del inóculo

  15. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE TALLOS DE YUCA (Manihot esculenta crantz) PRETRATADOS • Los tallos de yuca Variedad Copiblanca presentan potencial para la producción de azúcares fermentables. • El pretratamiento que mejor dio resultados fue el ácido diluido. • La levadura Ethanol Red, en SFS produjo un máximo de 2,38 g/L de etanol • 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.

  16. Bibliografía • BALLESTEROS I, J.M. OLIVA, M.J. NEGRO, P. MANZANARES, M. BALLESTEROS. (2002) Enzymatic hydrolysis of steam exploded herbaceous agricultural waste (Brassica carinata) at different particulesizes. Departamento de EnergıasRenovables (DER), CIEMAT, Madrid, Spain. • CASTAÑO, HI., REALES, J. & ZAPATA, J. (2011) Sacarificación y fermentación simultánea de tallos de yuca. Dyna, 180. p. 97-104. • FERNANDEZ, M.T., HUERTA, G., TRUJILLO, B., BUSTOS, P., GONZALEZ, V., BOLIVAR, F., GOSSET &G., MARTINEZ, A. (2012) Laboratory metabolic evolution improves acetate tolerance and growth on acetate of ethanologenicEscherichia coli under non-aerated conditions in glucose-mineral medium. ApplMicrobiolBiotechnol, DOI 10.1007/s00253-012-4177-y. • GARROTE, G., DOMIINGUEZ, H., & PARAJÓ, J. C. (2001). Generation of xylose solutions from Eucalyptus globulus wood by autohydrolysis - posthydrolysis processes: posthydrolysis kinetics. Bioresource Technology, 79, 155–164. • HAN, M., KIM, Y., CHUNG, B. & CHUI, G.W. (2011) Bioethanol production from optimized pretreatment of cassava stem. Korean J ChemEng28. p. 19-125. • LONDO, ME., DEURWAARDER, G., FISCHER, S., PRIELER, H., VAN VELTHUIZEN, M., DE WIT, A. FAAIJ. (2010) A roadmap for biofuels in Europe. Biomass and Bioenergy 34. p. 244–250. • LYND L.R., WEIMER P.J., VAN ZYL W.H., PRETORIOUS I.S. (2002) Microbialcelluloseutilization. Fundamentals and biotechnology. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 66(3): 506-577.

  17. Bibliografía • LÓPEZ NIETO, J. (2011) La química verde Editorial catarata. • MARTÍN, C., , ALRIKSSON, B., SJÖDE, A., NILVEBRANT, N. & JÖNSSON, L. (2007) Dilute Sulfuric Acid Pretreatment of Agricultural and Agro-Industrial Residues for Ethanol Production. Applied Biochemistry and Biotechnology 136-140. p. 339-351. • PABÓN ARROYAVE. IVÁN; OSPINA VÉLEZ.LEÓN D. (2009) Revisión del estado del arte de la tecnología de explosión a vapor y planteamiento de una estrategia de experimentación al interior del grupo de bioprocesos y flujos reactivos de la Universidad Nacional. • SASSNER, PER. MARTENSSON,CARL-GUSTAV. GALBE, MATS. ZACCHI, GUIDO. Steam pretreatment of H2SO4-impregnated Salix for the production of bioethanol. Bioresource Technology 99 (2008) 137–145. • RAGAUSKAS AJ, WILLIAMS CK, DAVISON BH, BRITOVSEK G, CAIRNEY J, ECKERT CA, FREDERICK WJ JR, HALLETT JP, LEAK DJ, LIOTTA CL, MIELENZ JR, MURPHY R, TEMPLER R & TSCHAPLINSKI T. (2006) The path forward for biofuels and biomaterials. Science. 311: 484-489. • SÁNCHEZ O.J., CARDONA C.A. (2008). Producción de Alcohol Carburante: Una Alternativa para el Desarrollo Agroindustrial. Universidad Nacional de Colombia: Manizales. 386 p. • SUN Y, CHENG J (2002). Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production. A review. Biosources Technology. 83:1-11. • ZANDVLIET, H. (2011) El Pico de Petróleo y el Destino de la Humanidad. http://opsur.files.wordpress.com/2011/01/el-pico-de-petrc3b3leo-y-el-destino-de-la-humanidad.pdf

  18. Fig 11. Modificaciones genéticas a la cepa E.coli (Fernández, 2012) .

  19. Fig 12. Distribución tamaño de partícula después de moler

  20. INTRODUCCIÓNANTECEDENTESOBJETIVOS METODOLOGÍA RESULTADOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Tabla 2. Caracterización tallos de Yuca *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

  21. Fig 13. Control SFS

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