PRODUCCIÓN DE BIOETANOL EMPLEANDO FERMENTACIÓN TRADICIONAL Y EXTRACTIVA A PARTIR DE JUGO DE FIQUE

PRODUCCIÓN DE BIOETANOL EMPLEANDO FERMENTACIÓN TRADICIONAL Y EXTRACTIVA A PARTIR DE JUGO DE FIQUE Oscar Vasco-Echeverri Margarita Enid Ramírez-Carmona Yesid Vélez-Salazar María Isabel Giraldo-Ramírez Centro de Estudios y de Investigación en Biotecnología - CIBIOT

INTRODUCCIÓN Fique: Industria de la cabuya Fibra 4% PLANTA NATIVA DE LA REGIÓN ANDINA DESFIBRADO Bagazo 29% TELA CURADO DE CONCRETO Jugo 67% SACOS PARA EMPAQUES DE ALIMENTOS AGRÍCOLAS SUELO CEMENTO AGROTEXTILES

INTRODUCCIÓN Bioplaguicidas Industrialización y otros usos de la fibra Intermediarios esteroidales Etanol Fibra 4% Etanol Celulasas Bagazo 29% Jugo 67% Saponinas Captación de plaguicidas Vitamina E > 80.000 m3 / año BIOETANOL

INTRODUCCIÓN FT: 50 – 80% Gastos energéticos FERMENTACIÓN EXTRACTIVA Solvente Extractor Centrifugación Fermentación Destilación Medio de cultivo µo Tratamiento • Control en la inhibición del µo Alta productividad Remoción del factor de estrés • Altas concentraciones de azúcares Menos agua en el sistema Menos requerimientos energéticos SISTEMA CONTINUO O FED-BATCH

MATERIALES Y MÉTODOS AISLAMIENTO DE MICROORGANISMOS Aislamiento Identificación Conservación -20 ± 2 °C CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA Azúcares µ, ρ N Metales pesados pH ST, SV DBO5

MATERIALES Y MÉTODOS MEDIO DE CULTIVO Tabla 1. Suplemento del Jugo de Fique1 • Jugo de fique con suplemento • Jugo de fique sinsuplemento 1. RIVERA, E et al. Evaluation of optimization techniques sinestimation: Application to ethanol fermentation considering the effect of temperatura. En: Process Biochemistry 41 (2006) 1682–1687

MATERIALES Y MÉTODOS FERMENTACIÓN TRADICIONAL 25 30 35 T (°C) 4.0 4.5 pH C. lusitaniae S. cerevisiae µo Muestra 150 rpm 6000 rpm 15 min Cuantificación de Etanol por HPLC Separación

MATERIALES Y MÉTODOS FERMENTACIÓN EXTRACTIVA Clavisporalusitaniae Ácido Oleico Jugo de Fique 33 % Solvente Extractor Microorganismo Fuente de Carbono

MATERIALES Y MÉTODOS Separación Solvente extractor / Caldo fermentado Recuperación de Etanol Centrifugación en continuo Destilación a baja presión Destilación simple

MATERIALES Y MÉTODOS Separación Solvente extractor / Caldo fermentado Recuperación de Etanol Centrifugación en continuo Destilación simple Destilación a baja presión Presión atmosférica Temperatura (oC) Discos (mm) 0.5 2.5 85 kPa 70 / 80 / 90 Flujo (L/min) Presión (mbar) Temperatura ebullición 15 50 96 oC 60 / 80 / 100

RESULTADOS Y ANÁLISIS AISLAMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS Clavispora lusitaniae Mucor sp. Arthrobacter sp

RESULTADOS Y ANÁLISIS CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA 41 g/L

RESULTADOS Y ANÁLISIS Figura 1. Evaluación de la producción de etanol con los dos microorganismos seleccionados a 25°C 10.68 g/L 5.26 g/L 0.47 g/L 0.9 g/L

RESULTADOS Y ANÁLISIS Figura 2. Influencia de los nutrientes en la fermentación

RESULTADOS Y ANÁLISIS Figura 3. Influencia de la temperatura en la fermentación (C. lusitaniae)

RESULTADOS Y ANÁLISIS Figura 4. Cinética de la fermentación (30 °C) Hincapié, 2008 YPS (g/g)= 0.58 YPS (g/g)= 0.55

RESULTADOS Y ANÁLISIS Estadísticas de algunos cultivos con respecto al Bioetanol

RESULTADOS Y ANÁLISIS Figura 5. Cinética de los azúcares en la fermentación extractiva

RESULTADOS Y ANÁLISIS Figura 6. Producción de bioetanol en la fermentación extractiva

RESULTADOS Y ANÁLISIS CENTRIFUGACIÓN EN CONTINUO Livianos (Solv. Extractor + Etanol) Pesados (Agua + Etanol) Flujo: 32.47 L/min Diámetro disco: 1.0 mm

RESULTADOS Y ANÁLISIS DESTILACIÓN SIMPLE Presión Atmosférica Interacciones Puentes de Hidrógeno Sistemas micelares Solución acuosa Solvente apolar Micela reversa Biomolécula Surfactante

RESULTADOS Y ANÁLISIS DESTILACIÓN A BAJA PRESIÓN

RESULTADOS Y ANÁLISIS Fermentación Tradicional Fermentación Extractiva PRODUCCIÓN (g/L) 12.1 8.03 RENDIMIENTO Yps(g/g) 0.58 0.28 Glucosa se incrementó el 25.53%, con Yps=0.577

CONCLUSIONES • Se obtuvo etanol a partir de jugo de fique empleando Clavispora lusitaniae y Saccharomyces cerevisiae en una cantidad de 10.68 g/L y 5.26g/L respectivamente, a 25 ºC, 150 rpm y 48 h de fermentación • La levadura Clavispora lusitaniae produce un 103 % más etanol que Saccharomyces cerevisiae empleando jugo de fique como sustrato • La temperatura más adecuada para realizar el proceso fermentativo empleando Clavispora lusitaniae es de 30 ºC, obteniéndose 12.3 g/L de etanol luego de 48 horas.

CONCLUSIONES • Se obtuvo 7.8 g/L de bioetanol por fermentación extractiva después de realizar los procesos de separación. • El rendimiento en la producción de Etanol por fermentación extractiva acoplado al sistema de separación/purificación, utilizando jugo de fique como sustrato, Ácido Oleico como solvente extractor y C. lusitaniae, fue de 0.58. • La FT produjo un 50.7% más Bioetanol que la FE.

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