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Título : Cinética de sacarificación y fermentación para producción de bioetanol a partir de cáscara de banano maduro mediante pretratamiento de secado.
Autor : Badaraco Ocaña, Rolly Decker
Veintimilla Cardenas, Gary Favio
Director(es): Romero Bonilla, Hugo Italo
Palabras clave : HIDROLISIS ENZIMATICA;BIOETANOL;CINETICA;FERMENTACION ALCOHOLICA
Fecha de publicación : 2019
Editorial : Machala : Universidad Técnica de Machala
Citación : Badaraco Ocaña, R.D., Veintimilla V.Cardenas, G.F. (2019) Cinética de sacarificación y fermentación para producción de bioetanol a partir de cáscara de banano maduro mediante pretratamiento de secado. (trabajo de titulación). UTMACH, Unidad Académica de Ciencias Químicas Y De La Salud, Machala, Ecuador. 65 p.
Descripción : El presente estudio tuvo como objetivo determinar la cinética de bioconversión de la cáscara de banano maduro en bioetanol, mediante su sacarificación y fermentación alcohólica aprovechando así, los residuos orgánicos en este caso la cáscara de banano para obtener un biocombustible que haga frente a la escasez de fuentes de energía no renovables. La caracterización de los componentes lignocelulósicos de la cáscara de banano se determinó mediante análisis termogravimétrico para conocer el porcentaje inicial de Lignina, Celulosa y Hemicelulosa, el cual fue 21.12±0,24%, 19.33±0,28% y 11.43±0,39% respectivamente. Las cáscaras de banano maduro fueron solicitadas en la empresa “Diana Food” ubicada en la parroquia de la Peaña de la ciudad de Pasaje, estas a su vez fueron transportadas al laboratorio de investigación para posteriormente seleccionar las cáscaras en un mismo grado de maduración para ser previamente secadas en una incubadora a 70°C por 4 días. Posteriormente se redujo su tamaño de partícula mediante molienda mecánica hasta malla de 250 µm. La mezcla del sustrato celulósico al 5% p/v y agua fue sometida a agitación constante controlada durante 24 horas, a un pH de 4.8 y una temperatura de 40°C. En estas condiciones se le agregó la enzima comercial celulasa al sustrato lignocelulósico para realizar la hidrólisis enzimática. La cantidad de azúcares reductores producida durante este proceso aerobio fue determinada por el método del ácido dinitro salicílico (DNS) por colorimetría con un espectrofotómetro de UV-Visible con una longitud de onda de 540 nm. Para ello, se realizaron 3 tratamientos en relación a la cantidad de inóculo añadido para la hidrólisis enzimática, los cuales fueron 30 µL/g de sustrato procesado (D1), 60 µL/g de sustrato procesado y 90 µL/g de sustrato procesado respectivamente. Obteniendo mejores resultados a las 4 horas de hidrólisis enzimática con el tratamiento D1 con un rendimiento de azúcares reductores de 4750 ppm. Para la fermentación alcohólica se procedió a inactivar previamente la enzima en un equipo de autoclave a 121°C en un lapso de 15 min. Luego de lo cual, se realizó una fermentación alcohólica en un biorreactor herméticamente cerrado de color ámbar durante 4 días (96 h) empleando como inóculo la levadura Saccharomyces cerevisiae previamente activada a 37 °C con el 10% de sacarosa por 48 horas. Este inóculo fue añadido de acuerdo a la glucosa obtenida del proceso de hidrólisis enzimática (1mL de levadura activada /1000mL de hidrolizado). El bioetanol fue cuantificado por cromatografía de gases con un tiempo de retención de 3 minutos correspondientes a un área (uV*s) de 993976,9. Se obtuvo como resultado 11050 ppm de azúcares reductores (11,05±0,44 g/L) y 7609 ppm de etanol (7,6±0,17 g/L). Para determinar la constante de velocidad se empleó un modelo cinético de Monod el cual dio como resultado una constante cinética de sacarificación obtenida de K= 0,169 g/L∙h, mientras que la constante cinética de fermentación alcohólica fue de K= 0,697 g/L∙h. Demostrando así que un pretratamiento físico nos permite realizar una mejor bioconversión de los componentes lignocelulósicos de la cáscara de banano maduro para la obtención de bioetanol.
Resumen : The objective of this study was to determine the kinetics of bioconversion of the ripe banana peel in bioethanol, by saccharification and alcoholic fermentation, taking advantage of the organic waste in this case the banana peel to obtain a biofuel to cope with the shortage of Non-renewable energy sources. The characterization of the lignocellulosic components of the banana peel was determined by thermogravimetric analysis to know the initial percentage of Lignin, Cellulose and Hemicellulose, which was 21.12 ± 0.24%, 19.33 ± 0.28% and 11.43 ± 0, 39% respectively. The "banana peels" were requested in the company "Diana Food", located in the parish of the city of the city. Past, these times were also transported in the research laboratory to select the husks in the same degree of maturation to be previously dried in an incubator at 70 °C for 4 days. Subsequently, its particle size was reduced by mechanical grinding to 250 μm mesh. The mixture of the cellulose substrate at 5% w / v and the water was subjected to a constant agitation for 24 hours, at a pH of 4.8 and a temperature of 40 °C. Under these conditions, the commercial enzyme cellulase is obtained in the lignocellulosic substrate for perform enzymatic hydrolysis. The amount of reducing sugars produced during this aerobic process was determined by the dinitro salicylic acid (DNS) method by colorimetry with a UV-Visible spectrophotometer with a wavelength of 540 nm. For this, see 3 treatments in relation to the amount of inoculum for enzymatic hydrolysis, which were 30 μL/g of processed substrate (D1), 60 μL/g of processed substrate and 90 μL/g of processed substrate respectively. Obtaining better results at 4 hours of enzymatic hydrolysis with the D1 treatment with a yield of reducing sugars of 4750 ppm. For alcoholic fermentation, the enzyme was previously inactivated in an autoclave set at 121 °C within 15 min. Then, over 4 days (96 h) using the yeast as inoculum, Saccharomyces cerevisiae was previously activated at 37 °C with 10% sucrose for 48 hours. This inoculum was added to the glucose to the correct response of the enzymatic hydrolysis process (1 ml of activated yeast / 1000 ml of hydrolyzate). The bioethanol was quantified by gas chromatography with a retention time of 3 minutes in one area (UV*s) of 993976.9. The result was 11050 ppm of reducing sugars (11.05 ± 0.44 g / L) and 7609 ppm of ethanol (7.6 ± 0.17 g/L). To determine the constant of the speed, a kinetic model of Monod was used, which resulted in a kinetic constant of saccharification that of K = 0.169 g/L∙h, while the kinetic constant of alcoholic fermentation was K = 0.697 g/L∙h. Demonstrating that a physical pretreatment allows us to perform a better bioconversion of the lignocellulosic components of the ripe banana peel to obtain bioethanol.
URI : http://repositorio.utmachala.edu.ec/handle/48000/14088
Aparece en las colecciones: Trabajo de Titulación Ingeniería Química

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