produccion bioetanol a partir de melaza

7/25/2019 Produccion bioetanol a partir de melaza

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Aprovechamiento del Subproducto Agroindustrial Melaza

para la Produccin de Bioetanol mediante CultivoSumergido de Saccharomyces cerevisiae

Universidad Autnoma de SinaloaFacultad de Ciencias Qumico Biolgicas

Licenciatura en Ingeniera Bioqumica

T E S I S:

Culiacn, Sinaloa, M!ico, de "#$%

Que &resenta

ilberto !a"ael #argas $una

Como requisito &ara o'tener el ttulo de$icenciado en Ingenier%a Bio&u%mica

(irectores de tesis

'r( )scar M( *ern+ndez Caldern'ra( Eri,a -udit !%os Iribe


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A)TAMIE.T) 'E C)MB/STIB$ES 0)SI$ES

BI)ETA.)$BI)'I1SE$

Investigacin 2 'esarrollo Tecnolgico

Implementada en una reginsobreproductora de biomasa

$%der en el sectorprimario agr%cola

El etanol ha sido obtenido por"ermentacin de diversos sustratos

Industria agro3azucarera

Microorganismos responsables enla "ermentacin

S. cerevisiae Z. mobilis

Sustratos de alto inter4s para laobtencin de alcohol

ME$A5A

)necco, "##*+ -que- . (acosta, "##/


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Biocombustibles

0Com'usti'les o'tenidos de la 'iomasa &rovenientes de materia

orgnica de las actividades, agrcola, &ecuaria, silvcola, acuacultura,

algacultura, residuos de la &esca, domsticas, comerciales,industriales, de microorganismos, . de en-imas, as como sus

derivados, &roducidos &or &rocesos tecnolgicos sustenta'les que

cum&lan con las es&eci1icaciones . normas de calidad esta'lecidas &or

la autoridad23

$e2 de Promocin 2 'esarrollo de los Biocombustibles

45liva, "##6+ SA)A78A, "#$$9


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Tipos de biocombustiblesLos carburantes renovables son productos

fabricados a partir de combustibles comunes, que

son transformados y preparados para que puedan

ser utilizados. BioetanolBiodiesel Biog+s

4SA)A78A, "#$$9


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Situacin en M46ico de losbiocombustibles

4S:;:7, "##


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Clasi"icacin de los biocombustibles

Primera generacin

Tercera generacinSegunda generacin

4SA)A78A, "#$$9


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Bioetanol como combustible

Pureza del etanol Aplicaciones m4dicas

Bebidas alcohlicas78 9

Biocombustible 77( 9 al77(7 9

:m&leado directamenteo aadido a la

gasolina en distintas concentraciones

$a mezcla m+s com;npara o6igenar a la

gasolina

97eem&la-ando

al o!igenante

Altamentecontaminantedel suelo y del

aguasubterrnea

4Ballesteros, "##$+ Briceo . Calero, "##*+SA)A78A, "#$$9


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Proceso de Produccin de la Melaza3Industria azucarera3

TIP)S 'E ME$A5A: A48rimera eta&a de cristali-acin .

centri1ugacin9 B4sometida a nueva cristali-acin .

centri1ugacin9 C4modo anlogo9

Caer'cea

&lurianual2

)nero Saccharum

8roduccin de a-Dcar a

&artir de su Eugo


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Aprovechamiento de la melaza deca


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Saccharomyces cerevisiae

Clasi"icacin ta6onmica

Reino Fungi

Di#isin Ascomycota

Clase Hemiascomycetes

$rden Saccharomycetales

"amilia Saccharomycetacea

e

G%nero Saccharomyces

Especie cerevisiae

em&eratura &tima de

crecimiento es de = a >? @C

0ermenta:)lucosa, )alactosa, Sacarosa . Maltosa

.o 0ermentaLactosa

Asimila 7a1inosa

:n presencia deo6%geno &ueden

meta'oli-ar

glicerol, etanol .lactato

4uite . 5liver $==$+?e&e-,$==%+ Ari-a . )on-le-, $==/+

FaEardo . Sarmiento, "##/9

Fcil mani&ulacin . de recu&eracin

:conmico

olera altas concentraciones de etanol

8roduce 'aEas concentraciones de

su'&roductos

5smotolerante

8resenta alta via'ilidad celular


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Proceso de cultivo microbiano

'rtola y col., ())*

&iomasa ' (roductos ' C$)' *)$' Calor

En ausencia de )= 0E!ME.TACI.


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Crecimiento Microbiano


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#%a de Embden3Me2erho" secuencia de reacciones enzim+ticas enla conversin de la glucosa a piruvato 2 despu4s a productos de"ermentacin(

0ructosa

invertasa

Sacarosa

4Galas- . Las-lit., $==$9

DDAlco>ol des>idrogenasa


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Produccin de Etanol


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/STI0ICACI.(e'ido al agotamiento de los com'usti'les 1siles . el gran im&acto

am'iental que estos eEercen, el desarrollo de la tecnologa de los

Biocom'usti'les 'usca, adems de solucionar el &ro'lema energtico

actual, un com'usti'le renova'le . con menor emisin de gases

contaminantes2 8or ello, el 'ioetanol &uede ser considerado un 'uen

recurso energtico &otencialmente sosteni'le, de alta vialidad tcnica &ara

su &roduccin . que &uede o1recer ventaEas tanto am'ientales como

econmicas a largo &la-o2 La utili-acin de Bioetanol tam'in &odra

generar un gran im&acto so're el &ro'lema del cam'io climtico . el

calentamiento glo'al, .a que sta es una 1uente energtica lim&ia .

renova'le, que a.udara a reducir la emisin de los gases de e1ecto

invernadero2


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*IPTESIS

:l medio de cultivo a 'ase de mela-a diluida .

com&lementada con 1os1ato de amonio es idneo &ara

&roducir un alto contenido de etanol utili-ando cultivo

micro'iano de Saccharomyces cerevisiae2


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)BETI#)S

$+,eti#o General+eterminar la tasa de dilucin de melaza en agua que

permite constituir, en con!unto con fosfato de amonio, un

medio de cultivo idneo para producir un alto contenido

de etanol en un cultivo sumergido de Saccharomyces

cerevisiae-A L/01234 a nivel matraz.

$+,eti#osEspec-cos 5aracterizar la composicin de la melaza contenido de

humedad, az6cares totales, az6cares reductores,

slidos suspendidos, nitrgeno, fosfato y cenizas.

+eterminar las cin7ticas de consumo de az6carestotales, az6cares reductores, nitrgeno y fosfato, y las

cin7ticas de produccin de biomasa y etanol para cada

tratamiento e%perimental.

+eterminar la tasa de dilucin de melaza en agua que

ma%imiza la produccin de biomasa.

+eterminar la tasa de dilucin de melaza en agua que

ma%imiza el contenido de etanol producido.


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MATE!IA$ES-

M1T)')S


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MATE!IA$ BI)$IC)

:l microorganismo utili-ado 1ue una ce&a

so're&roductora de S. cerevisiae *"*A 4L;G

S9, un cultivo &ro&orcionado &or el

La'oratorio de Biotecnologa . Bioingeniera

del Instituto ecnolgico de Cela.a2

:ste &ro.ecto de investigacin utili- mela-a

o'tenida del Ingenio :ldorado, situado en la

sindicatura de :ldorado de la ciudad de

Culiacn, Sinaloa+ de la cosec>a "#$6H"#$*2


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'ESA!!)$$) EFPE!IME.TA$

Propagacin deSaccharomyces

cerevisiae

0ermentacin:D? g $3D =?? g $3D=? g $3D 2 >?? g $3Dde melaza diluida

Muestreopreparacin de

muestras 2 an+lisis


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ME'I)S 'E C/$TI#)

Compuesto Cantidad ./0'%tracto de

levadura(8

590(-:9glucosa4 (88

/05l -.*/a-0P:;

?g2:;:

4>at&amala . col2, $=="9

Los medios se esterili-aron en

autoclave durante $% min a $% l'1&lg"

Medio de propagacin

Los medios se esterili-aron en autoclave durante $% min a $% l'1&lg"

Medio de "ermentacin

D? g $3D

=?? g $3D

=? g $3D

>?? g $3D

g $3Dde G.*H*=P)H

D g $3Dde MgS)HJK*=)

Centri"ugacinpor >? min a

H??? rpm

Medios de Melaza

T!ATAMIE.T)S

Se recolect elmedio 2 se

a"or a ?? m$


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C).'ICI).ES 'E C/$TI#)

!esuspencin delevadura con D?m$ de .aCl G?(7

9

Inoculacin conL m$ en =? m$

de medio depropagacin

3=L @C

3=L? rpm

3D8 horas

Inoculacin enuna relacin delD? 9 vv inculo

respecto almedio de cultivo

0ermentacin

3=L @C

3D? rpm

378 horas

4>at&amala . col2, $=="9


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M/EST!E)

Inmediatamente:

Tratamiento 2An+lisis


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MET)')$)NA AP$ICA'A

0iltracin

'eterminacinde Biomasa

G!%os3Iribe =?DDCentri"ugacin por=? min a >?? rpm

'eterminacin deBioetanol

GSumbhate =?D=

'estilacinSobrenadante

'eterminacin de:

Az;cares TotalesG'ubois 2 col( D78 Az;cares !eductores

GMiller D77 .itrgeno

GSolrzano D787 0os"ato Gu+rez 2

!och%n D788

Membrana?(H Om


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'eterminacin de Etanol

D m$ de"iltrado 'estilacin

D? m$ dedestilado

?(H m$ dedestilado

?(L m$ de Sln(de 'icromato

de Potasio

D? min

H m$ de* )1

destiladaL nm

4Sum'>ate, "#$"9


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!ES/$TA')S -

'ISC/SI).ES


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Caracterizacin de la Melaza

'eterminacin 9*umedad "$2@*

Cenizas


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Medios de "ermentacin


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Cultivo de S. cerevisiae utilizando D? g $3D de melaza(

Cin4ticas de consumo de az;cares totales az;cares reductores

nitrgeno 2 "os"ato 2 produccin de biomasa 2 etanol

>(> g $3DGH(H 9 vv

7(>L g $3D

8 - @


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Cultivo de S. cerevisiae utilizando =?? g $3D de melaza(



>H(7? g $3DGH(>8 9 vv

DK(8D g $3D

8 -, ,@


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Cultivo de S. cerevisiae utilizando =? g $3D de melaza(



>H(L8 g $3D

GH(>8 9 vv

D(= g $3D

8 -, ,@


32/49

Cultivo de S. cerevisiae utilizando >?? g $3D de melaza(



>?(= g $3D

G>(K7 9 vv

D8(8 g $3D

8 -, ,@


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Produccin de biomasa

Cin4ticas de produccin de biomasa empleando di"erentes

concentraciones de melaza

8 -, ,@


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Consumo de az;cares

Cin4ticas de consumo de az;cares totales empleando di"erentes


Echegara2 2 col( G=???0Las altas concentraciones de

melaza favorecen la acumulacinde sustrato residual en cultivos

continuos o fedCbatch.D

Cin4ticas de consumo de az;cares reductores empleando di"erentesconcentraciones de melaza

8 -, ,@


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Produccin de bioetanol

Cin4ticas de produccin de etanol empleando di"erentes


8 -, ,@

,

*

Medio de $%# g LH$ Medio de "## g L

H$

Medio de "%# g LH$ Medio de 6## g L

H$

Produccindee

tanol9

vMvQ

Tiempo de "ermentacin P h Q


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0uente devariacin

Suma deCuadrados

rados de$ibertad

CuadradoMedia !azn30 #alor3P

Entre

grupos*2$"


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Comparacin de la produccin de bioetanol

InvestigacinProduccin

de etanolCondiciones de "ermentacin

Si&ueira 2 col(G=??L

6/2@ g LH$

4*2/ J vv9

Mela-a de so.a S. cerevisiae4L8BHSC9 "#K Bri!

Sin adicin de MgS5*. ;G*;56

$au 2 col( G=?D?*


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C).C$/SI).ES


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.o e6isten di"erencias signi"icativas entre los tratamientos parala produccin de bioetanol en los distintos medios de cultivo abase de melaza de ca8 horas de cultivo(=

$as altas concentraciones de sustrato melaza de ca

Con las concentraciones de melaza =? 2 >?? g $3Dse obtuvieronaltas concentraciones de "uente de carbono al "inal del procesode "ermentacin por tanto es meUor utilizar las menoresconcentraciones de melaza 2 as% disminuir el costo de sustratoempleado(

H


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El "os"ato es indispensable para la etapa de crecimiento de lalevadura S. cerevisae.8

$a concentracin de "os"ato de amonio utilizada "ue mu2 elevada2a &ue no se agot en ninguno de los tratamientosimplementados(

El uso de un medio de "ermentacin con melaza para laproduccin de bioetanol por su car+cter de residuoagroindustrial es m+s econmico &ue utilizar un medio sint4tico(

K

El uso de melaza como "uente de carbono es un subproductocon alto potencial para la produccin de bioetanol(L


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A!A'ECIMIE.T)S

P!)0API =?D>

$aboratorios del Posgrado en Biotecnolog%a: Patolog%a Biolog%a Celular 2 Molecular(

$aboratorio de .utrac4uticos


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A!A'ECIMIE.T)S

'I!ECT)!ES 'E TESIS:

'ra( Eri,a -udit !%os Iribe

'r( )scar M( *ern+ndez Caldern

C)MIT1 'E E#A$/ACI.:

'ra( Edith )liva Cuevas !odr%guez

'ra( Maritza Elizabeth Cervantes a6iola


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A!A'ECIMIE.T)S

"A45 6ARGAS LUNA


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A!A'ECIMIE.T)S

EA?. FG'LA2 5A/HIAL'2


45/49

A!A'ECIMIE.T)S

?H &FA/ A?:F

C )S


46/49

A!A'ECIMIE.T)S

JJJG/ BG'/ 'KGHP:

A!A'ECIMIE.T)S


47/49

A!A'ECIMIE.T)S

?H2 A?H&:2 M ?H2 5:?PAN'F:2


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777 Gracias

por suatenci

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produccion bioetanol a partir de melaza

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