Valorización de la cascarilla de cebada del proceso cervecero para la producción de xilitol

En el contexto de la bioeconomía, las biorrefinerías fase III tienen como objetivo la obtención de diversos productos de mayor valor agregado que los biocombustibles, a partir de diferentes tipos de biomasas, principalmente agroindustriales. Esta tendencia es cada vez más importante y se espera que en el corto plazo sea una realidad. En esta investigación se produjo xilitol a partir de la cascarilla de cebada residual del proceso cervecero, una de las biomasas agroindustriales más generadas a nivel global y local, a través de dos opciones de proceso diferentes que involucraron un pre-tratamiento alcalino o de explosión con vapor, seguidas de la hidrólisis enzimática de los arabinoxilanos extraídos en el medio líquido y la posterior fermentación de la xilosa liberada hasta xilitol. En la primera opción de proceso desarrollada, se realizó por primera vez un estudio cinético de la extracción de los arabinoxilanos en el líquido de pre-tratamiento alcalino, encontrándose el mayor grado de extracción a las 12 horas de reacción con un rendimiento del 64,81%, a 40°C, 360 rpm y una relación de alimentación de 1:14 peso de cascarilla por volumen de NaOH 4 M. El seguimiento de la reacción a través del tiempo, permitió el ajuste de una cinética de primer orden pseudo-homogénea irreversible según el modelo de Saeman, así como la determinación de la energía de activación para tres de las cuatro temperaturas evaluadas (ecuación de Arrhenius). Para la segunda opción de proceso se evaluó por primera vez una etapa enzimática integrada de desproteinización y eliminación de almidón previa al pre-tratamiento de explosión con vapor; el rendimiento máximo que se alcanzó fue de 47,0%, realizando la operación a 173,5°C por 15,5 min (condiciones optimizadas) e impregnando la biomasa con 0,5% p/v H2SO4. Posteriormente, se realizó la hidrólisis enzimática de los arabinoxilanos extraídos en los líquidos de pre-tratamiento de dos maneras diferentes: evaluando la sinergia de hasta siete enzimas puras tipo endo-1,4--xilanasas de las familias GH10 y GH11, -Larabinofuranosidasas de la familia GH51 y GH43, -xilosidasas, -D-glucuronidasas, acetil xilano y feruloil estearasas, o el complejo enzimático comercial CellicTM Ctec I suplementado con -xilosidasa. El máximo rendimiento que se obtuvo para la liberación de xilosa fue de 63,63% para el primer pre-tratamiento y de 78-86% para el segundo pretratamiento, destacándose que por primera vez se realizó una hidrólisis enzimática de un líquido de pre-tratamiento proveniente de la tecnología de explosión con vapor, con una concentración potencial de sustrato de 60 g/L de xilosa. Finalmente, en la fermentación de los hidrolizados la producción de xilitol fue 58,84 g/L, con un YP/S de 0,73 g/g y una QP 1,14g/L/h para el pre-tratamiento alcalino y una concentración máxima de 37,16 g/L de xilitol con un rendimiento de 0,76 g/g y una QP de 0,29 g/L/h para el pre-tratamiento de explosión con vapor. El parámetro de escalamiento kLa, determinado experimentalmente, fue 15 h-1.

• Autores: Rojas Pérez, Lilia Carolina
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2018
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/68774
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/68774; http://bdigital.unal.edu.co/69970/
• Palabra clave: 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering; Cascarilla de cebada; Xilitol; Explosión con vapor; Pre-tratamiento alcalino; Arabinoxilanos; Hidrólisis enzimática; Biorrefinería; Brewer’s spent grain , ,; Xylitol; Ssteam explosion; Alkaline pretreatment; Arabinoxylans; Enzymatic hydrolysis; Biorefinery
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