Evaluación de pretratamientos químicos para la hidrólisis enzimática de residuos lignocelulósicos de yuca (Manihot esculenta Crantz)
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.18158Palabras clave:
hidrólisis, etanol, residuos lignocelulósicos, celulosa, hemicelulosa, lignina, pretratamientoResumen
El efecto de diferentes pretratamientos químicos con ácido sulfúrico (H2SO4), hidróxido de sodio (NaOH) y peróxido de hidrogeno (H2O2), fueron evaluados mediante la cuantificación de azucares reductores totales producidos durante la etapa de hidrólisis enzimática de los residuos lignocelulósicos de yuca (Manihot esculenta Crantz) y el porcentaje (%) de remoción de lignina después del pretratamiento. La cantidad de residuos utilizados (1 y 5%) (w/v) a diferentes tamaños de partícula (1,18 y 0,6mm) fueron pretratados por separado (hojas y tallos) con H2SO4, NaOH y H2O2 a diferentes concentraciones (1 y 5%) (w/v). Los residuos vegetales fueron hidrolizados con la enzima accellerase 1500 a 50°C, pH 5 y 140 rpm. El pretratamiento con NaOH permite la mayor liberación de azucares reductores totales durante la hidrólisis enzimática (3,7g/L) en hojas seguido del pretratamiento con H2SO4 (2,11g/L) y H2O2 (1,54g/L). En tallos las concentraciones de azúcares son menores.
Descargas
Citas
Y. Sun, J. Cheng. “Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review”. Bioresour. Technol. Vol. 83. 2002. pp. 1-11. DOI: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(01)00212-7
O. Sánchez, C. Cardona. “Producción biotecnológica de alcohol carburante I: Obtención a partir de diferentes materias primas”. Interciencia. Vol. 30. 2008. pp. 671-678.
D. Schell, J. Farmer, M. Newman, J. McMillan. “Dilute sulfuric acid pretreatment of corn stover in pilot-scale reactor investigation of yields, kinetics, and enzymatic digestibilities of solids”. Appl. Biochem. Biotechnol. Vol. 105. 2003. pp. 69-85. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0057-4_6
V. Chang, M. Holtzapple. “Fundamental factors affecting biomass enzymatic reactivity”. Appl Biochem Biotechnol. Vol. 86. 2000. pp. 5-37. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-1392-5_1
N. Mosier, R. Hendrickson, N. Ho, M. Sedlak, M. Ladisch. “Optimization of pH controlled liquid hot water pretreatment of corn stover”. Bioresour. Technol. Vol. 96. 2005. pp. 1986-1993. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2005.01.013
A. Bjerre, A. Olesen, T. Fernqvist. “Pretreatment of wheat straw using combined wet oxidation and alkaline hydrolysis resulting in convertible cellulose and hemicelluloses”. Biotechnol. Bioeng. Vol. 49. 1996. pp. 568-577. DOI: https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0290(19960305)49:5<568::AID-BIT10>3.0.CO;2-6
M. Millett, M. Effland, D. Caulfield. “Influence of fine grinding on the hydrolysis of cellulosic materialsacid vs. enzymatic”. Adv Chem Series. Vol. 181. 1979. pp.71-89. DOI: https://doi.org/10.1021/ba-1979-0181.ch004
D. Fengel, G. Wegener. Wood, Chemistry, Ultrastructure and Reactions. Ed. Walter de Gruyter. Berlin, Germany. 1989. pp. 1-549.
L. Ramos, C. Breuil, J. Saddler. “Comparison of steam pretreatment of eucalyptus, aspen and spruce wood chips and their enzymatic hydrolysis”. Appl. Biochem. Biotechnol. Vol. 34/35. 2003. pp. 37-48. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02920532
T. Lloyd, C. Wyman. “Total sugar yields for pretreatment by hemicellulose hydrolysis coupled with enzymatic hydrolysis of the remaining solids”. Bioresour Technol. Vol. 96. 2005. pp. 1967-1977. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2005.01.011
S. Shevchenko, K. Chang, J. Robinson, J. Saddler. “Optimization of monosaccharide recovery by post-hydrolysis of the water-soluble hemicellulose component after steam explosion of softwood chips”. Bioresour Technol. Vol. 72. 2000. pp. 207-211. DOI: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(99)00125-X
P. Martel, J. Gould. “Cellulose stability and delignification after alkaline hydrogen-peroxide treatment of straw”. J. Appl. Poly. Sci. Vol. 39. 1990. pp. 707-714. DOI: https://doi.org/10.1002/app.1990.070390319
D. Hon, J. Shiraishi. Wood and cellulosic Chemistry. 2nd ed. Ed. Dekker Inc. New York, USA. 2001. pp. 275-384. DOI: https://doi.org/10.1201/9781482269741
Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (MADR). Evaluaciones Agropecuarias URPA´s, UMATA´s. Minagricultura y Desarrollo Rural - Dirección de Política Sectorial - Grupo Sistemas de Información. Bogotá, Colombia. 2005. pp. 14-18.
Centro Internacional de agricultura tropical (CIAT). La yuca en el tercer milenio, sistemas modernos de producción, procesamiento, utilización y comercialización. Ed. Ciat. Cali, Colombia. 1996. pp. 1-586
P. Van Soest. “Use of Detergents in the Analysis of Fibrous Feeds. II. A Rapid Method for the Determination of Fiber and Lignin”. J. Assoc. Off. Anal. Chem. Vol. 46. 1963. pp. 825-829. DOI: https://doi.org/10.1093/jaoac/46.5.825
S. McIntosh, T. Vancov. “Enhanced enzyme saccharification of Sorghum bicolor straw using dilute alkali pretreatment”. Bioresource Technology. Vol. 101. 2010. pp. 6718-6727. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.03.116
S. Lin. “Methods in Lignin Chemistry”. Ed. SpringerVerlag. Berlin, Germany. 1992. pp. 242-249.
G. Miller. “Use of Dinitrosalicilic Acid Reagent for Determination of Reducing Sugar”. Analytical Chemistry. Vol. 31. 1959. pp. 426-428. DOI: https://doi.org/10.1021/ac60147a030
B. Adney, J. Baker. Measurement of Cellulase Activity. Technical Report NREL/TP-510-42628. Cole Boulevard, Golden, Colorado, U.S. 2008. pp. 1-8.
M. El-Sharkawy, J. Cock. “C3-C4 intermediate photosynthetic characteristics of cassava (Manihot esculenta Crantz). 1.Gas exchange”. Photosynthesis Research. Vol. 12. 1987. pp. 219-235. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00055122
L. Cerqueira. Energy from biomass. Report for the IUPAP working group on energy. Assessment and Forecasting of Energy Technology in Brazil. State University of Campinas. Campinas, Brazil. 2004. pp. 1-112.
J. McMillan. Pretreatment of lignocellulosic biomass. In: Enzymatic conversion of biomass for fuel production. M. Himmel, J. Baker, R. Overend (editors). Ed. American Chemical Society. Washington, US. 1994. pp. 292-324. DOI: https://doi.org/10.1021/bk-1994-0566.ch015
F. Carvalheiro, L. Duarte, F. Girio. “Hemicellulose biorefineries: a review on biomass pretreatments”. J. Sci. Ind. Res. Vol. 67. 2008. pp. 849-864.
M. Taherzadeh, K. Karimi. “Pretreatment of lignocellulosic wastes to improve ethanol and biogas production: a review”. Int. J. Mol. Sci. Vol. 9. 2008. pp. 1621-1651. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms9091621
E. Varga, Z. Szengyel, K. Reczey. “Chemical pretreatments of corn stover for enhancing enzymatic digestibility”. Appl. Biochem. Biotechnol. Vol. 98/100. 2002. pp. 73-87. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0119-9_6
E. Sendich, M. Laser, S. Kim, H. Alizadeh, L. Laureano, B. Dale, L. Lynd. “Recent process improvements for the ammonia fiber expansion (AFEX) process and resulting reductions in minimum ethanol selling price”. Bioresour. Technol. Vol. 99. 2008. pp. 8429-8435. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.02.059
H. Grethlein. “The effect of pore size distribution on the rate of enzymatic hydrolysis of cellulosic substrates”. Bio.Technol. Vol. 3. 1985. pp. 155-160. DOI: https://doi.org/10.1038/nbt0285-155
A. Sinitsyn, A. Gusakov, E. Vlasen. “Effect of structural and physico-chemical features of cellulosic substrates on the efficiency of enzymatic hydrolysis”. Appl. Biochem. Biotechnol. Vol. 30. 1991. pp. 43-59. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02922023
D. Thompson, H. Chen. “Comparison of pretreatment methods on the basis of available surface area”. Bioresour. Technol. Vol. 39. 1992. pp. 155-163. DOI: https://doi.org/10.1016/0960-8524(92)90135-K
C. Mooney, S. Mansfield, R. Beatson, J. Saddler. “The effect of fiber characteristics on hydrolysis and cellulase accessibility to softwood substrates”. Enzyme Microb Tech. Vol. 25/64. 1999. pp. 113-119, 644-650. DOI: https://doi.org/10.1016/S0141-0229(99)00098-8
B. Yang, A. Boussaid, S Mansfield, D. Gregg, J. Saddler. “Fast and efficient alkaline peroxide treatment to enhance the enzymatic digestibility of steam-exploded softwood substrates”. Biotechnol. Bioeng. Vol. 77. 2002. pp. 678-684. DOI: https://doi.org/10.1002/bit.10159
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2018 Revista Facultad de Ingeniería
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Los artículos disponibles en la Revista Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia están bajo la licencia Creative Commons Attribution BY-NC-SA 4.0.
Eres libre de:
Compartir — copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato
Adaptar : remezclar, transformar y construir sobre el material.
Bajo los siguientes términos:
Reconocimiento : debe otorgar el crédito correspondiente , proporcionar un enlace a la licencia e indicar si se realizaron cambios . Puede hacerlo de cualquier manera razonable, pero no de ninguna manera que sugiera que el licenciante lo respalda a usted o su uso.
No comercial : no puede utilizar el material con fines comerciales .
Compartir igual : si remezcla, transforma o construye a partir del material, debe distribuir sus contribuciones bajo la misma licencia que el original.
El material publicado por la revista puede ser distribuido, copiado y exhibido por terceros si se dan los respectivos créditos a la revista, sin ningún costo. No se puede obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que estar bajo los mismos términos de licencia que el trabajo original.
Twitter