Aprovechamiento del mucílago de café para mejorar la producción de etanol en una planta piloto para mitigar impactos negativos en corrientes hídricas
En la etapa de beneficio del café, que se realiza en las fincas del municipio de Caicedonia Valle, se genera gran cantidad de residuo, el cual es vertido directamente a las fuentes hídricas, deteriorando la calidad del recurso hídrico del país. El análisis de calidad de agua efectuado a estos vertim...
- Autores:
-
Valencia Castillo, Natalia
Veléz Durán, Yoly Mileidy
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2020
- Institución:
- Universidad Autónoma de Occidente
- Repositorio:
- RED: Repositorio Educativo Digital UAO
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:red.uao.edu.co:10614/12598
- Acceso en línea:
- http://red.uao.edu.co//handle/10614/12598
- Palabra clave:
- Ingeniería Ambiental
Celulosa
Hemicelulosa
Hidrólisis enzimática
Destilación
Bioetanol
Mucílago
Fermentación
Mucilage
Bioethanol
Fermentación
- Rights
- openAccess
- License
- Derechos Reservados - Universidad Autónoma de Occidente
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En la etapa de beneficio del café, que se realiza en las fincas del municipio de Caicedonia Valle, se genera gran cantidad de residuo, el cual es vertido directamente a las fuentes hídricas, deteriorando la calidad del recurso hídrico del país. El análisis de calidad de agua efectuado a estos vertimientos en el laboratorio de Ciencias Ambientales de la Universidad Autónoma de Occidente (UAO), arrojó una DBO5 de 56.000 mg/LO2, muy superior al valor máximo permisible de vertimiento para este tipo de actividad, que de acuerdo con la resolución 0631 de 2015 es de 400 mg/LO2. Dicho residuo corresponde al mucílago, biomasa que presenta gran concentración de azúcares reductores simples. Dentro de su caracterización fisicoquímica, se evidenció que aproximadamente el 50 % de la fibra del mucílago está compuesta por celulosa y hemicelulosa; fracciones que pueden ser hidrolizadas para generar más contenido de azúcares fermentables, lo cual lo hace atractivo para la producción de etanol. En consecuencia, la UAO junto con la Fundación Entorno del municipio de Caicedonia, están apostando a la investigación científica para desviar el residuo a un proceso de refinería con el objetivo de producir etanol comerciable. El alcohol que se obtiene en la planta piloto, no tiene todavía las especificaciones de calidad. Su concentración y pureza es baja (4 % v/v y 60 %, respectivamente). Por lo anterior, el objetivo principal de este estudio fue evaluar el aprovechamiento del mucílago generado en el proceso de beneficio convencional del café, a través de estrategias para incrementar el rendimiento de la etapa de fermentación y generar una mayor concentración de etanol. Esto se hizo mediante la optimización de la hidrólisis enzimática utilizando celulasa, hemicelulasa y pectinasa para incrementar el contenido de azúcares fermentables en la biomasa. También se realizó la optimización del proceso de fermentación con la levadura Saccharomyces Cerevisiae para la temperatura y pH. Lo anterior, mediante un análisis estadístico ANOVA y el método de superficie de respuesta en el software Statgraphics. Se encontró que a la hora 23 se produce una mayor concentración de azúcares reductores del hidrolizado y la dosis óptima encontrada en el proceso fue de 0,352 mL de celulasa y 0,134 mL hemicelulasa. Por otra parte, en la fermentación se encontró una temperatura óptima de 29,61 °C, pH de 4,2 unidades y un tiempo de fermentación de 48 horas. Por último, se realizó un proceso de destilación con 250 mL de mucílago y se obtuvo 2 mL de etanol en el mosto no hidrolizado y 8.6 mL de etanol por mosto hidrolizado; igualmente se encontraron rendimientos de 52.05 % y 94.61 % respectivamente. Cabe mencionar que todo se realizó a escala de laboratorio, con miras a que pueda ser replicado en la planta piloto de producción de bioetanol en la Fundación Entorno |
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Flórez Pardo, Luz Marinavirtual::1715-1Valencia Castillo, Natalia8fbce837c60fd007b07b07bcefbb6ab6Veléz Durán, Yoly Mileidyf6416426430d38a44eff0b0691eb8637Ingeniero AmbientalUniversidad Autónoma de Occidente. Calle 25 115-85. Km 2 vía Cali-Jamundí2020-09-25T20:15:36Z2020-09-25T20:15:36Z2020-09-21http://red.uao.edu.co//handle/10614/12598En la etapa de beneficio del café, que se realiza en las fincas del municipio de Caicedonia Valle, se genera gran cantidad de residuo, el cual es vertido directamente a las fuentes hídricas, deteriorando la calidad del recurso hídrico del país. El análisis de calidad de agua efectuado a estos vertimientos en el laboratorio de Ciencias Ambientales de la Universidad Autónoma de Occidente (UAO), arrojó una DBO5 de 56.000 mg/LO2, muy superior al valor máximo permisible de vertimiento para este tipo de actividad, que de acuerdo con la resolución 0631 de 2015 es de 400 mg/LO2. Dicho residuo corresponde al mucílago, biomasa que presenta gran concentración de azúcares reductores simples. Dentro de su caracterización fisicoquímica, se evidenció que aproximadamente el 50 % de la fibra del mucílago está compuesta por celulosa y hemicelulosa; fracciones que pueden ser hidrolizadas para generar más contenido de azúcares fermentables, lo cual lo hace atractivo para la producción de etanol. En consecuencia, la UAO junto con la Fundación Entorno del municipio de Caicedonia, están apostando a la investigación científica para desviar el residuo a un proceso de refinería con el objetivo de producir etanol comerciable. El alcohol que se obtiene en la planta piloto, no tiene todavía las especificaciones de calidad. Su concentración y pureza es baja (4 % v/v y 60 %, respectivamente). Por lo anterior, el objetivo principal de este estudio fue evaluar el aprovechamiento del mucílago generado en el proceso de beneficio convencional del café, a través de estrategias para incrementar el rendimiento de la etapa de fermentación y generar una mayor concentración de etanol. Esto se hizo mediante la optimización de la hidrólisis enzimática utilizando celulasa, hemicelulasa y pectinasa para incrementar el contenido de azúcares fermentables en la biomasa. También se realizó la optimización del proceso de fermentación con la levadura Saccharomyces Cerevisiae para la temperatura y pH. Lo anterior, mediante un análisis estadístico ANOVA y el método de superficie de respuesta en el software Statgraphics. Se encontró que a la hora 23 se produce una mayor concentración de azúcares reductores del hidrolizado y la dosis óptima encontrada en el proceso fue de 0,352 mL de celulasa y 0,134 mL hemicelulasa. Por otra parte, en la fermentación se encontró una temperatura óptima de 29,61 °C, pH de 4,2 unidades y un tiempo de fermentación de 48 horas. Por último, se realizó un proceso de destilación con 250 mL de mucílago y se obtuvo 2 mL de etanol en el mosto no hidrolizado y 8.6 mL de etanol por mosto hidrolizado; igualmente se encontraron rendimientos de 52.05 % y 94.61 % respectivamente. Cabe mencionar que todo se realizó a escala de laboratorio, con miras a que pueda ser replicado en la planta piloto de producción de bioetanol en la Fundación EntornoIn the coffee benefit stage, which is carried out on the farms of the municipality of Caicedonia-Valle, a large amount of waste is generated, which is directly discharged to water sources, deteriorating the quality of the country's water resource. The analysis of water quality carried out in the laboratory of environmental sciences of the Universidad Autónoma de Occidente (UAO), found a BOD5 of 56,000 mg/LO2 and the maximum permissible value of dumping for this type of activity according to resolución 0631 de 2015 is 400 mg/LO2. This residue corresponds to the mucilage, biomass that has a high concentration of simple reducing sugars. Within its physicochemical characterization, it was evidenced that approximately 50 % of the mucilage fiber is composed of cellulose and hemicellulose; fractions that can be hydrolyzed to generate more fermentable sugar content, which makes it attractive for ethanol production. Consequently, the UAO together with the Entorno Foundation of the municipality of Caicedonia, are betting on scientific research to divert the waste to a refinery process in order to produce tradable ethanol. Therefore, the main objective of this study is to evaluate the use of the mucilage generated in the conventional coffee benefit process, through strategies to increase the yield of the fermentation stage and generate a higher concentration of ethanol. By optimizing enzymatic hydrolysis using cellulase, hemicellulase and pectinase to increase the content of fermentable sugars in biomass. The optimization of the Saccharomyces Cerevisiae yeast fermentation process was also performed for temperature and pH. The above, through an ANOVA statistical analysis and the response surface method in Statgraphics software. It was found that at hour 23 there is a higher concentration of hydrolyzate reducing sugars and the optimum dosage in the process is 0,352 mL of cellulase and 0,134 mL hemicellulase. On the other hand, in the fermentation an optimum temperature of 29.61 ° C, pH of 4,2 units and a fermentation time of 48 hours was found. Finally, a distillation process was carried out with 250 mL of mucilage and 2 mL of ethanol was obtained in the non-hydrolyzed must and 8.6 mL of ethanol per hydrolyzed must; also found yields of 52.05 % and 94.61 % respectively. It is worth mentioning that everything was done on a laboratory scale, so that it can be replicated at the Fundación Entorno bioethanol production pilot plantProyecto de grado (Ingeniero Ambiental)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2020PregradoIngeniero(a) Ambientalapplication/pdf137 páginasspaUniversidad Autónoma de OccidenteIngeniería AmbientalDepartamento de Energética y MecánicaFacultad de IngenieríaDerechos Reservados - Universidad Autónoma de Occidentehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2instname:Universidad Autónoma de Occidentereponame:Repositorio Institucional UAOIngeniería AmbientalCelulosaHemicelulosaHidrólisis enzimáticaDestilaciónBioetanolMucílagoFermentaciónMucilageBioethanolFermentaciónAprovechamiento del mucílago de café para mejorar la producción de etanol en una planta piloto para mitigar impactos negativos en corrientes hídricasTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Agencia de Protección Ambiental [EPA]. 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