UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA

AMAZONIA FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS AMBIENTALES

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE AGROINDUSTRIAS

TECNOLOGIA DE BIOPLIMEROS Y BIOCOMBUSTIBLES

PRACTICA N03

OBTENCIN DE BIOETANOL A PARTIR DE ALMIDN DE YUCA (Manihot

esculenta Crantz)

I. OBJETIVOS

- Obtener bioetanol a partir del almidn de Yuca (Manihot esculenta Crantz).

- Conocer la metodologa, los insumos y equipos empleados en la elaboracin

de bioetanol a de almidn de Yuca.

II. INTRODUCCIN

En la produccin de etanol, los procesos fermentativos compiten con los mtodos

de sntesis qumica. La produccin de etanol va fermentativa utiliza una gran

variedad de materias primas entre las que se incluyen los azcares, almidones

y celulosas. El proceso bsico para la produccin de etanol por fermentacin a

partir de materiales feculentos involucra tres etapas: i) hidrlisis del almidn, en

esta etapa, los almidones del maz y de la yuca son transformados en azcares

fermentables (dextrinas y monosacridos) mediante la accin hidroltica de

enzimas que provienen de la malta (-glucanasas y proteasas) (Eskin, citado por

Mosquera et al., 2015). ii) fermentacin mediada por levaduras, en este proceso,

las levaduras convierten los azcares fermentables del mosto en etanol y dixido

de carbono. Sin embargo, el proceso de fermentacin adems de producir etanol

y CO2 genera otros compuestos organolpticos como alcoholes, steres,

aldehdos y cetonas, compuestos sulfurados y cidos orgnicos (Leveau y Bouix,

citado por Mosquera et al., 2015).

Por lo tanto como menciona Castao y Meja, citado por Castao et al., 2011;

para obtener azucares fermentables a partir de fuentes amilceas como la harina

de yuca, sta debe ser sometida a un proceso previo de hidrlisis (licuefaccin y

sacarificacin) con el objetivo de promover la conversin hidroltica de los

polmeros del almidn en azucares para luego transformarlo en etanol.

III. REVISIN DE LITERATURA

3.1. Yuca

La yuca (Manihot esculenta Crantz) pertenece a la familia Euphorbiaceae.

Esta familia est constituida por unas 7 200 especies que se caracterizan

por el desarrollo de vasos laticferos compuestos por clulas secretoras o

galactocitos que producen una secrecin lechosa. Su centro de origen

gentico se encuentra en la Cuenca Amaznica. Dentro de esta familia se

encuentran tipos arbreos como el caucho, Hevea brasiliensis; arbustos

como el ricino o higuerilla, Ricinus communis y numerosas plantas

ornamentales, medicinales y malezas adems del gnero Manihot (FAO,

2010).

3.2. Hidrolisis de almidn.

La hidrlisis de la molcula de almidn sigue las siguientes etapas:

ALMIDN + AGUA GLUCOSA

(C6H10O5)n n(H2O) n(C6H12O6)

Licuefaccin y sacarificacin de la -amilasa

La -amilasa licuefactante produce solo b-dextrina lmite ramificada,

ellos consisten de no ms de nueve unidades de glucosa. Esta dextrina

es una mezcla de seis sencillas ramificaciones de heptosas con

diferentes puntos ramificados, pero todas ellas contienen unidades de

maltosilmaltotriosa en su estructura, ellas difieren solo en la manera de

unin por los enlaces -1,4 glicosdicos enlazados por dos unidades de

glucosa o un residuo de maltosa al ncleo de la dextrina. La -amilasa

sacarificante, produce doble dextrina lmite ramificada, todas ellas

contienen residuos de -glucosylmaltotriosa en el extremo reductor y

un residuo de isomaltosyl en el extremo no reductor. Tanto las amilasas

licuefactantes y sacarificantes, se distinguen por su mecanismo sobre

la degradacin del almidn, porque la sacarificacin de la a-amilasa

produce un incremento en el poder reductor alrededor de dos veces que

el de la enzima licuefactante (Vargas, 2010).

IV. MATERIALES Y MTODOS

4.1. Materia prima

- Yuca (Manihot esculenta Crantz)

4.2. Insumos

- cido clorhdrico

- Agua potable

- Enzima (Spirizyme fuel)

Enzima Liquozyme

- Saccharomyces cerevisiae

- cido 3,5 Dinitrosaliclico

- Tartrato de Na-K

4.3. Equipos de laboratorio

- Rallador

- Colador

- Centrifuga

- Estufa

- Biorreactor

- Equipo de destilacin simple

- Manta de calentamiento

- Agitador orbital

- Cromatgrafo lquida de alta eficiencia (CLAE)

- Espectrofotmetro.

- Refractmetro.

- pH-metro Hanna HI8424

4.4. Mtodos

4.4.1. Control de calidad de las races de yuca

El dimetro del tubrculo debe estar entre 5 8 cm.

Debe presentar un grado de madurez fisiolgico ptimo para el

procesamiento.

Debe ser una yuca fresca (cosechada mximo el da anterior a su

procesamiento)

No debe presentar deterioro fsico ni microbiolgico.

4.4.2. Obtencin del almidn de yuca.

La manufactura de almidn de yuca comprende bsicamente las

siguientes etapas:

Figura 1. Diagrama de flujo para la obtencin de almidn de yuca.

RECEPCION DE LAS RAICES

LAVADO Y PELADO DE LAS RAICES

RALLADO

COLADO

SEDIMENTACION

SECADO

ALMACENAMIENTO

Agua Cascarilla

T= 60Ct =8 h

Fuente: Elaboracin propia

Descripcin del proceso de produccin de bioetanol partir de

almidn de yuca.

A continuacin se describe el procedimiento para el procesamiento de

etanol.

Recepcin de las races: las races una vez cosechadas deben ser

transportadas al laboratorio dentro de las siguientes 24-48 horas

para evitar su deterioro fisiolgico y/o microbiano.

Un factor importante en la produccin de almidn de yuca de alta

calidad, es que todo el proceso desde la cosecha de las races hasta

el secado del almidn sea ejecutado en el ms corto tiempo posible.

Lavado y pelado de las races: en esta etapa se elimina la tierra y

las impurezas adheridas a las races. La cascarilla se desprende por

la friccin de unas races con otras durante el proceso de lavado.

Rallado o desintegracin: en esta etapa se liberan los grnulos de

almidn contenidos en las clulas de las races de la yuca.

Colado o extraccin: en esta etapa realizar la separacin de la

pulpa o material fibroso de la lechada de almidn. Se debe evitar que

pequeas partculas de fibra pasen a la lechada de almidn; es por

ello que en muchos casos se recomienda realizar un recolado de la

lechada con el objeto de retener las fibras finas que pudieron pasar

a la lechada.

Sedimentacin o deshidratacin: realizar por medio de

sedimentacin o centrifugacin, para separar los grnulos de

almidn de su suspensin en agua.

Secado: llevar a la estufa, con la finalidad de remover la humedad

del almidn hasta un 12- 13%.

Almacenamiento: Almacenar hermticamente en fundas plsticas y

colocar en un ambiente oscuro y seco.

4.4.3. Anlisis fisicoqumicos de la Materia prima

Determinacin de pH

Las medidas de pH se realizaran con un pH-metro digital (Hanna

HI8424 calibrado con soluciones tampn de pH=4.00 y pH=7.02) con

lectura directa de 10 g. de yuca fresca triturada a temperatura de

25C de acuerdo con la AOAC (2000).

Determinacin de Acidez titulable

Tomar una mezcla de 50 gr de jugo de yuca homogenizada en 100

mL de agua destilada, el cual se titulara con hidrxido do sodio a 0.1

N y se usar fenoftaleina como indicador. Se hallar el punto final de

valoracin o pH de neutralizacin con el potencimetro digital.

Para el clculo de acidez se empleara la siguiente formula:

AT =(V. NaOH x N x Meq g)

Vm x 100

Donde:

AT= acidez titulable (%)

V = Volumen titulado de la solucin de NaOH (mL)

Vm = Muestra (mL)

Meq-g= Mil-equivalente gramo (cido cianhdrico)

Determinacin de Solidos solubles

Se determinar por lectura directa utilizando el refractmetro Marca

Scientific con una escala entre 0 y 90 grados Brix.

4.4.4. Anlisis del Almidn.

Determinacin de pH.

Las medidas de pH se realizaran con un pH-metro digital (Hanna

HI8424 calibrado con soluciones tampn de pH=4.00 y pH=7.02) con

lectura directa en una mezcla de 90mL de agua destilada y 10 g. de

almidn a temperatura de 25C de acuerdo con la AOAC (2000).

4.4.5. Obtencin del Bioetanol.

La manufactura de la obtencin de bioetanol a partir de yuca

comprende las siguientes etapas:

Figura 2. Diagrama de flujo para la obtencin de bioetanol de yuca.

RECEPCION DEL ALMIDN

LICUEFACCIN

CALENTAMIENTO

ENFRIAMIENTO

SACARIFICACIN

FERMENTACIN

DESTILACIN

ETANOL

Agua: Almidn3.5 L : 2kg pH= 5.5

pH= 5.5T= 25C

ADICIN DE AGUA

2.5 mL Liquozyme

7.5 mL Spirizyme fuel

T= 83Ct= 2 hv= 400 rpm

pH= 4.5 T= 60C

T= 20 h

T= 30Ct= 4 hv= 110 rpm

40 g Saccharomyces cerevisiae x 500 mL

fermento

Fuente: Elaboracin propia

Descripcin del proceso de obtencin de bioetanol partir de

almidn de yuca.

A continuacin se describe el procedimiento para el procesamiento

de bioetanol.

4.4.2.1. Proceso de hidrlisis

Preparacin de la dispersin de almidn.

Se toman 2 kg. de almidn de yuca, con una humedad del

10%, y se dispersan en fro en 3.5 litros de agua potable,

hasta alcanzar un volumen final de 5 litros. Se procede a

ajustar el pH con HCl 1N hasta un valor de 5.5. Se transfiere

a un biorreactor de 5 litros, con control de temperatura, pH

y velocidad de agitacin con precisin de 0.1 C, 0.01 y 1

rpm, respectivamente.

Proceso de licuefaccin

Se adicionan al biorreactor 2.5 ml de enzima Liquozyme, a

la temperatura de la dispersin de almidn (25.0 0.1 C).

Se inicia el calentamiento del medio de licuefaccin en el

biorreactor con agitacin de 400 1 rpm, con la ayuda de

un bao termostatado que bombea agua en la chaqueta a

una temperatura de 90.0 0.1 C. La temperatura de

equilibrio del sistema de licuefaccin se mantiene a 83.0

1.0 C. La cintica de licuefaccin se monitorea a partir del

momento en que se alcanza el equilibrio trmico; desde este

momento se monitorea la concentracin de azcares

reductores por el mtodo de DNS (cido 3,5

Dinitrosaliclico), por espacio de dos horas, a intervalos de

0.5 horas.

Proceso de sacarificacin

Despus de dos horas de licuefaccin, la temperatura y pH

se ajustan dando por finalizado el proceso de licuefaccin.

El pH se ajusta a un valor de 4.50 0.01 con HCL 1.0 N y la

temperatura se lleva a 60.0 0.1 C, por medio de

enfriamiento con agua a travs de la chaqueta. Se ajustan

los parmetros de pH y T, se agregan 7.5 ml de la enzima

Spirizyme. La cintica del proceso se sigue por espacio de

20 horas.

Proceso de fermentacin

Concluido el proceso de sacarificacin, la concentracin de

glucosa se ajusta a 200 g/l mediante dilucin con agua

potable; la temperatura a 30.0 0.1 C con la ayuda del

sistema de refrigeracin del biorreactor, y el pH a 4.50 0.01

mediante la adicin de HCl 1.0 N. Preparar el inculo

mediante la activacin en 500 ml del medio fermentativo, de

40 g de levadura Saccharomyces cerevisiae (marca Instant

Yeast) durante cuatro horas en un agitador orbital a 110.0

1 rpm y a una temperatura de 30.0 0.1 C.

Destilacin

Tomar el mosto e introducir en un baln, el cual debe

ponerse en una manta de calentamiento junto con una

columna de fraccionamiento de vidrio. Se tomaran tres

fracciones: la primera que va de 65 a 74C cuyo producto

son aldehdos; la segunda de 74 a 80C cuyo producto es

bioetanol (que es lo importante en la prctica) y cuya

concentracin es del 90% y la tercera fraccin que se

recolect a temperaturas mayores a 80C cuyo producto es

aceite fusel (alcoholes con ms de dos tomos de carbono).

4.4.6. Anlisis del bioetanol

Determinacin de Azcares reductores por el mtodo DNS

Preparacin del extracto enzimtico.

- Se tomarn muestras de 5 mL durante la fermentacin a los

tiempos estipulados.

- Las muestras se centrifugarn a 500 rpm durante 5 min a 4 C.

- Los sobrenadantes se utilizarn para la determinacin de

actividades enzimticas.

Preparacin del reactivo del cido 3.5- dinitrosaliclico

- Se pesar el cido 3, 5-dinitrosaliclico, el tartrato de Na-K y el

NaOH.

- Posteriormente se disolver el NaOH en agua destilada y se

aadir con agitacin el tartrato de Na-K lentamente.

- Se aadir agua destilada hasta completar un volumen

especfico.

- Posteriormente se agregar lentamente el DNS.

- Se dejar en agitacin toda la noche, se aforar y se filtrar.

Desarrollo de la Reaccin DNS

- En tubos de ensayo de 10 mL se adicionarn las muestras

previamente preparadas y el reactivo de DNS.

- Los tubos se colocarn en bao de agua a 100 C por 5 min.

- En seguida la reaccin se detendr al pasar las muestras a un

bao de hielo durante 5 minutos.

- Posteriormente se adicionarn 2.5 ml de agua destilada a cada

uno de los tubos, se agitar y se realizarn las determinaciones

de absorbancia (540 nm).

Cuantificacin de etanol.

El etanol se cuantificara por cromatografa lquida de alta eficiencia

(CLAE), utilizando una columna Supelcogel C-160H, 300x 7.8 mm;

como fase mvil se utiliza una solucin de 0.1% cido fosfrico grado

HPLC con un flujo de 0.5 ml/min, utilizando detector de IR. (Castao,

2011).

V. RESULTADOS Y DISCUSIONES

- Realizar las discusiones en base a los resultados obtenidos.

VI. CONCLUSIONES

- Realizar las conclusiones en base a los objetivos planteados.

VII. BIBLIOGRAFA

Castao P. H.; Cardona B. M.; Meja G. C.; Acosta C. A; 2011. Produccin de

Etanol a partir de Harina de en un Sistema de Hidrlisis enzimtica y

Fermentacin Simultnea. Dyna, ao 78, Nro. 169, pp. 158-166. Medellin.

Fuente original: Castao, H.I. y Mejia, C.E., Produccin de etanol a partir

de almidn de yuca utilizando la estrategia de proceso Sacarificacin-

Fermentacin Simultaneas SSF. Vitae, 15, pp. 51-58, 2008

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