UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIASQUÍMICA AMBIENTAL

Determinación del perfil de azúcares Determinación del perfil de azúcares en materiales lignocelulósicos en en materiales lignocelulósicos en

residuos agrícolas y forestales residuos agrícolas y forestales para la obtención de Bioetanolpara la obtención de Bioetanol

Stephanié Oyaneder ParraStephanié Oyaneder Parra

Memorista para la carrera de Química AmbientalMemorista para la carrera de Química AmbientalDiciembre, 2009Diciembre, 2009

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

• Actualmente la energía utilizada en el mundo proviene de combustibles fósiles (no renovables y contaminantes).

• Búsqueda de nueva matriz energética: energía nuclear (mediante fisión y fusión), hidroeléctrica, solar, eólica, geotérmica y biomasa entre otras.

• Biomasa: materia orgánica originada de un proceso biológico, espontaneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

Clasificación de la BiomasaClasificación de la Biomasa

• Biomasa natural: se produce sin intervención humana.

• Biomasa residual: subproducto o residuos de actividades como agrícolas, ganaderas entre otras.

• Cultivos energéticos: aquellos destinados a los biocombustibles, se obtienen de la industria alimentaria y la industria forestal.

Muestras ForestalesMuestras Forestales

• Lenga (Nothofagus pumilio). Crece desde Talca hasta el Cabo de Hornos (VII a

XII región). Habita áreas con bajas temperaturas y suelos

pobres.

• Eucalipto (Eucalyptus globulus). Crece principalmente, en la zona Centro-Sur de la

VIII Región. Prefiere suelos ligeramente ácidos y frescos.

Muestras AgrícolasMuestras Agrícolas

• Trigo (Triticum aestivum). Cultivo anual más importante en Chile. Insumo para la producción de harina (utilizada

ampliamente en la dieta nacional).Suelos de pH neutros o ligeramente alcalinos.

• Maíz (Zea mais).Se puede sembrar en cualquier tipo de suelos (pH

entre 6 a 7 son a los que mejor se adaptan). También requieren suelos profundos y ricos en

materia orgánica. Buena circulación del drenaje.

HipótesisHipótesis

Los materiales lignocelulósicos de los residuos agrícolas y forestales tienen en su estructura diferentes tipos de azúcares, por lo tanto puedo obtener bioetanol.

• Determinar el perfil de azúcares en materiales lignocelulósicos de residuos agrícolas y forestales pretratados con hongos de pudrición y sacarificados con enzimas para la obtención de Bioetanol.

OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL

Objetivos EspecíficosObjetivos Específicos

• Determinar el perfil de azúcares de las siguientes muestras:

- Maíz - Trigo - Lenga - Eucalipto

Objetivos EspecíficosObjetivos EspecíficosDeterminar las condiciones experimentales para el

análisis del perfil de azúcares por HPLC.

Establecer el perfil de azúcares en los residuos agrícolas y forestales en tres etapas de los tratamientos seleccionados para la obtención de Bioetanol, las cuales son:

Inicio (sin ningún tratamiento) Pre tratadas con hongos de pudrición blanca Después de la sacarificación enzimática.

Analizar los resultados de azúcares determinadas y relacionarlo con la cantidad de etanol que se obtendrá.

METODOLOGíA METODOLOGíA 1. Preparación de las muestras.

Las muestras a utilizar deben encontrarse en un tamaño pequeño siendo necesario pasarlos por el molino a través de un tamiz (polvo).

2. Preparación de las muestras para la hidrólisis.Se masó 0.3 gramos de muestra y se coloca en un matraz erlenmeyer. Luego se agregó 3 mL de H2SO4 al 72% a temperatura ambiente por 30 minutos. A continuación se realizó una segunda hidrólisis al 4% a 120 °C durante una hora, usando el autoclave.

3. Determinación de lignina insoluble.Se preparó una serie de crisoles y se flumean por cuatro horas. Luego se filtran las muestras después de la hidrólisis al 4%, cuando estas se encuentren frías. Se recoge el filtrado en una matraz erlenmeyer, quedando en los crisoles la lignina insoluble.

4. Análisis del perfil de Azúcares. 4.1 Preparación de estándares de Azúcares.

Se preparó un estándar de glucosa de 60 mg/mL, a partir de esta solución se realizó una curva de calibración de zona baja en un rango de 6 mg/mL a 0.4 mg/mL.

Además se preparó un estándar de xilosa de 60 mg/mL, a partir de esta solución se realizó una curva de calibración del mismo rango que la glucosa.

4.1.2 Preparación de estándares de Azúcares para Hidrólisis.Se preparó los mismos estándares nombrados en el punto 4.1 (matraces de 25 mL) y a estos se les realizó una hidrólisis agregando 870 µL de H2SO4 al 72% a una temperatura de 120°C.

A continuación a los estándares preparados son neutralizados con carbonato hasta un pH neutro.

5. Análisis Químico.Las muestras congeladas son analizadas mediante un equipo de HPLC, Columna Aminex HPX-87P, Fase Móvil: Acetonitrilo/agua 75:25, grado HPLC, Velocidad de flujo: 1,0 mL/min, horno a 25°C, se utiliza un detector de índice de refracción y para el procesamiento de datos se utiliza el software Empower.

6. Análisis de las muestras en HPLC.Las muestras después de realizar la hidrólisis se deben neutralizar el filtrado obtenido en el punto 3, utilizando carbonato de sodio.

Posteriormente las muestras se pasan por filtros Millex de 0,45 µm para evitar tapar la columna.

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA• M. Ballesteros, J.M Oliva, M.J Negro, P. Manzanares, I. Ballesteros, “Ethanol from lignocellulosic materials by a simultaneous saccharification and fermentation process (SFS) with Kluyveromyces marxianus CECT 10875”, September 2003.

• José Miguel Oliva Domínguez, “Efecto de los productos de degradación originados en la explosión por vapor de biomasa de chopo sobre Kluyveromyces Marxianus, Universidad Complutense de Madrid, 2003.

• I. Ballesteros, J.M. Oliva, M.J. Negro, P. Manzanares y M. Ballesteros, “Proceso de sacarificación y fermentación simultaneas para la conversión de la fracción celulósica del residuo de la extracción del aceite de oliva en etanol”, Grasas y Aceites, Facs.3, 2002, 282-288.