Co fermentación alcohólica de mucilago de cacao y cáscara de banano maduro para obtener etanol de segunda generación

Balcázar Suarez, Cristian Alexander; León Espinoza, Carlos Javier

DSpace Principal
→
Trabajos de Titulación Facultad de Ciencias Químicas y de la Salud
→
Ingeniería Química
→
Trabajo de Titulación Ingeniería Química
→
Ver ítem

Co fermentación alcohólica de mucilago de cacao y cáscara de banano maduro para obtener etanol de segunda generación

Balcázar Suarez, Cristian Alexander; León Espinoza, Carlos Javier

URI: http://repositorio.utmachala.edu.ec/handle/48000/24147

Fecha: 2024

Resumen:

This study aimed to obtain an optimal ethanol yield by co-fermenting cocoa mucilage (CM) and ripe banana peel (RB), with a view to producing second-generation ethanol. To this end, several specific objectives were set, such as determining the physicochemical properties of both materials, bioconversion of fermentable sugars into ethanol, adjusting the proportions between the substrates to optimize the Carbon:Nitrogen ratio for the growth of Saccharomyces cerevisiae, and distilling the ethanol produced through a fractional distillation process. The results obtained confirmed the feasibility of using cocoa mucilage and ripe banana peel as effective substrates for second-generation ethanol production. In terms of composition, both materials showed a significant concentration of fermentable sugars, which varied between 2.5 and 3.8 g/L, making them suitable for alcoholic fermentation. The fermentation, driven by Saccharomyces cerevisiae, showed an effective conversion of sugars into ethanol, with a progressive decrease in their concentration during the process. The 50% MC - 50% CB ratio proved to be the most efficient, reaching a maximum ethanol concentration of 13.58%. The fermentation curve revealed that the highest ethanol yield occurred between days 3 and 4 of the process, stabilizing thereafter. This suggests that the metabolic activity of Saccharomyces cerevisiae is optimized within this period. Formulations with a higher proportion of cocoa mucilage showed a lower yield, highlighting the importance of adequate substrate proportions in ethanol production. The fractional distillation process allowed an efficient separation of volatile compounds, achieving a body fraction with 92% ethanol, indicating a high degree of purity of the final product. In comparison, the head fraction presented 68% ethanol, reflecting the presence of undesired compounds, while the tail fraction contained heavier and less volatile components. This result highlights the effectiveness of temperature control in ethanol purification, with an operating range between 73ºC and 80ºC. When comparing these results with previous studies, variations in yield and efficiency are observed, which can be explained by differences in substrate composition and experimental conditions.However, the consistent results in terms of sugar conversion and ethanol production validate the process and suggest its applicability on industrial scales. In conclusion, co-fermentation of cocoa mucilage and ripe banana peel is presented as a promising strategy for sustainable second-generation ethanol production, with significant potential for its optimization and scalability in the industry.

Descripción:

Este estudio tuvo como objetivo obtener un rendimiento óptimo de etanol mediante la cofermentación de mucílago de cacao (MC) y cáscara de banano maduro (CB), con miras a la producción de etanol de segunda generación. Para ello, se establecieron diversos objetivos específicos, como la determinación de las propiedades fisicoquímicas de ambos materiales, la bioconversión de los azúcares fermentables en etanol, el ajuste de las proporciones entre los sustratos para optimizar la relación Carbono:Nitrógeno para el crecimiento de Saccharomyces cerevisiae, y la destilación del etanol producido mediante un proceso de destilación fraccionada. Los resultados obtenidos confirmaron la viabilidad de utilizar el mucílago de cacao y la cáscara de banano maduro como sustratos eficaces para la producción de etanol de segunda generación. En términos de composición, ambos materiales mostraron una concentración significativa de azúcares fermentables, que variaron entre 2,5 y 3,8 g/L, lo que los hace adecuados para la fermentación alcohólica. La fermentación, conducida por Saccharomyces cerevisiae, mostró una conversión efectiva de los azúcares en etanol, con una disminución progresiva en la concentración de los mismos durante el proceso. La relación 50% MC - 50% CB resultó ser la más eficiente, alcanzando una concentración máxima de etanol del 13,58%. La curva de fermentación reveló que el mayor rendimiento de etanol se produjo entre los días 3 y 4 del proceso, estabilizándose posteriormente. Esto sugiere que la actividad metabólica de Saccharomyces cerevisiae se optimiza dentro de este periodo. Las formulaciones con mayor proporción de mucílago de cacao mostraron un rendimiento inferior, lo que destaca la importancia de las proporciones adecuadas de los sustratos en la producción de etanol. El proceso de destilación fraccionada permitió una separación eficiente de los compuestos volátiles, logrando una fracción de cuerpo con un 92% de etanol, lo que indica un alto grado de pureza del producto final. En comparación, la fracción de cabeza presentó un 68% de etanol, reflejando la presencia de compuestos no deseados, mientras que la fracción de cola contenía componentes más pesados y menos volátiles. Este resultado resalta la efectividad del control de temperatura en la purificación del etanol, con un rango de operación entre 73ºC y 80ºC. Al comparar estos resultados con estudios previos, se observan variaciones en el rendimiento y la eficiencia, lo que puede explicarse por las diferencias en la composición de los sustratos y las condiciones experimentales. Sin embargo, los resultados consistentes en términos de la conversión de azúcares y la producción de etanol validan el proceso y sugieren su aplicabilidad en escalas industriales. En conclusión, la cofermentación de mucílago de cacao y cáscara de banano maduro se presenta como una estrategia prometedora para la producción sostenible de etanol de segunda generación, con un potencial significativo para su optimización y escalabilidad en la industria.

Mostrar el registro completo del ítem