Produccion bioetanol a partir de melaza
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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(
Cin4ticas de consumo de az;cares totales az;cares reductores
nitrgeno 2 "os"ato 2 produccin de biomasa 2 etanol
>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(
Cin4ticas de consumo de az;cares totales az;cares reductores
nitrgeno 2 "os"ato 2 produccin de biomasa 2 etanol
>H(L8 g $3D
GH(>8 9 vv
D(= g $3D
8 -, ,@
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Cultivo de S. cerevisiae utilizando >?? 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 $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
concentraciones de melaza
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
concentraciones de melaza
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
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A!A'ECIMIE.T)S
?H &FA/ A?:F
C )S
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A!A'ECIMIE.T)S
JJJG/ BG'/ 'KGHP:
A!A'ECIMIE.T)S
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A!A'ECIMIE.T)S
?H2 A?H&:2 M ?H2 5:?PAN'F:2
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49/49
777 Gracias
por suatenci
n 888