UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE AGROINDUSTRIA BIOINDUSTRIAS Práctica N°1 “INTEGRIDAD CIENTÍFICA Y CONDUCTA RESPONSABLE” AUTOR(ES): LEÓN VÁSQUEZ, Anthony Gianlucca MARTELL PAREDES, Paola Cecilia RAMIREZ FLORES, Anghela Mirella DOCENTE: Mg. CÓRDOVA CHANG, Any Berenice NUEVO CHIMBOTE – 2021 PRÁCTICA N°2.- BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL: PASADO, PRESENTE Y FUTURO INTRODUCCION El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales, tales como cereales, remolacha, caña de azúcar, sorgo o biomasa y que últimamente se ha estado utilizando la yuca como materia prima para la elaboración de este combustible automotor. El bioetanol se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas. En este proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible. El experimento de su producción y uso como combustible no contaminante hacen muy competitiva esta alternativa más ecológica con relación al petróleo, un soporte de investigaciones aplicadas permitió conocer y demostrar que se permiten aplicar las tecnologías conocidas al nuevo substrato industrial como se lo está realizando últimamente en algunos países específicamente como Antioquia, Colombia, Estados Unidos. Es por esto que resulta relevante estudiar la viabilidad de producción de etanol a partir de otras materias primas, como la yuca, tubérculo resistente que puede crecer con una mínima cantidad de insumos y en tierras marginales dentro de la selva. La presente investigación tiene como alcance la obtención de bioetanol a partir del almidón de yuca aplicando la mejor tecnología analizada mediante la hidrólisis enzimática con la intervención de enzimas amilolíticas y fermentación del jarabe obtenido posteriormente, con el afán de lograr un óptimo aprovechamiento de la materia prima y su alto contenido en azucares además de su trascendental importancia sobre todo por el impacto ambiental. OBJETIVO Investigación y estudio de la yuca (Manihot esculenta) para la producción de bioetanol MARCO TEORICO 1. La yuca (Manihot esculenta) También conocida como mandioca, es una raíz amilácea perteneciente a la familia Euphorbiaceae y constituye una de las fuentes de energía más importantes para las zonas tropicales del mundo. Aunque la yuca prospera en suelos fértiles, su ventaja comparativa con otros cultivos más rentables es su capacidad para crecer en suelos ácidos, de escasa fertilidad, con precipitaciones esporádicas o largos períodos de sequía (Arias, 2016) El cultivo es de amplia adaptación ya que se siembra desde el nivel del mar hasta los 1800 msnm, a temperaturas comprendidas entre 20 y 30 ˚C con una óptima de 24 ˚C, una humedad relativa entre 50 y 90 por ciento con una óptima de 72 por ciento y una precipitación anual entre 600 y 3000 mm con una óptima de 1500 mm (FAO, 2007). Se cultiva ampliamente en África tropical, Asia y América Latina, y es el cuarto cultivo mundial más importante en los países en desarrollo, con una producción estimada en 2006 de 226 millones de toneladas. Se caracteriza por su gran diversidad de usos, tanto sus raíces como sus hojas pueden consumirse por humanos y animales. Los productos de la yuca pueden ser utilizados en la industria principalmente a partir de su almidón (Ceballos, 2002). 2. Composición de la yuca Composición % Humedad 70% Almidón 24% - 30% Fibra 2% Proteína 1% Otros 3% Fuente: Terranova - Producción Agrícola 3. Rendimiento de cultivos en la producción de Alcohol RENDIMIENTO EN ALCOHOL RENDIMIENTO CULTIVO AGRICOLA ton/ha Litros Litros etanol/ton etanol/ha CAÑA 120 84.5 10140 MAÌZ 85 409 34765 YUCA 29 182 5278 REMOLACHA 60 200 12000 Fuente: Bioetanol. (Iván Ochoa Martínez, 2018) 4. Hidrolisis: La hidrólisis es un proceso químico que divide la molécula de celulosa por la acción de la molécula de agua. Las complejas estructuras de la celulosa (celulosa, hemicelulosa y lignina) son divididas en diferentes procesos para conseguir una solución azucarada, y eliminar productos de descomposición de los azúcares que pueden inhibir o, al menos, dificultar el proceso de fermentación (Delgado, 2009) 4.1. Hidrolisis Enzimática La celulosa es degradada por las celulasas a azúcares, que pueden ser fermentados por levaduras o bacterias para producir etanol. En síntesis, el proceso consiste en descomponer la celulosa y la hemicelulosa del residuo en azúcares sencillos y transformarlos en etanol por fermentación (Alban, 2010) Desde el punto de vista económico, esta etapa es crítica, puesto que gran parte del coste total del proceso estaría en esta primera etapa. Como resultado del pre tratamiento se obtiene una disolución de azúcares provenientes de la ruptura de la hemicelulosa y un residuo sólido (constituido principalmente por la celulosa del residuo original) (Alban, 2010) La hidrólisis enzimática presenta ventajas frente a la hidrólisis química, como: Menores costes de equipamiento (debido a que se realiza a presión atmosférica y a temperatura próxima a la ambiental) Mayores rendimientos No utiliza agentes químicos. 5. Bioetanol 5.1. Definición y características El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales, tales como cereales, remolacha, caña de azúcar, sorgo o biomasa. Estos azúcares están combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa (Rodriguez, 2020) Las plantas crecen gracias al proceso de fotosíntesis, en el que la luz del sol, el dióxido de carbono de la atmósfera, el agua y los nutrientes de la tierra forman moléculas orgánicas complejas como el azúcar, los hidratos de carbono y la celulosa, que se concentra en la parte fibrosa la planta. El bioetanol se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas. En este proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible. El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión. El etanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5 o el 10%, E5 y E10 respectivamente, que no requieren modificaciones en los motores actuales. 5.2. Procesos En general, se utilizan tres familias de productos para la obtención del alcohol: Azucares, procedentes de la caña o la remolacha, por ejemplo. Cereales, mediante la fermentación de los azúcares del almidón. Biomasa, por la fermentación de los azúcares contenidos en la celulosa y hemicelulosa. El esquema general de fabricación del bioetanol muestra las siguientes fases en el proceso: a) Dilución: Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o (en última instancia) la cantidad de alcohol en el producto. Es necesaria porque la levadura, usada más adelante en el proceso de fermentación, puede morir debido a una concentración demasiado grande del alcohol. b) Conversión: La conversión es el proceso de convertir el almidón/celulosa en azúcares fermentables. Puede ser lograda por el uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidón (α de la celulosa) con el ácido en un proceso de hidrólisis ácida. c) Fermentación: La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras, básicamente. De la fermentación alcohólica se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol. d) Destilación o Deshidratación: La destilación es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla (etanol/agua). Figura 1: Esquema convencional del bioetanol Fuente: Ministerio de Agricultura y Ganadería, 2008 5.3. Ventajas de la utilización del bioetanol Es una fuente de combustible renovable. Reduce dependencia del petróleo del extranjero. Aumenta el octano del combustible con un coste pequeño. Virtualmente utilizable en todos los vehículos. Reduce la formación de la lluvia ácida. Mejora la calidad del aire en zonas urbanas. No contamina el agua. CONCLUSION La yuca constituye una fuente ideal para obtener Etanol por su alto contenido de carbohidratos, los cuales previamente hidrolizados le dan buena capacidad fermentativa; es por ello, que las tecnologías aplicables para la producción de etanol carburante anhidro, se realizó por el proceso de molienda seca por el alto rendimiento de dicho método; seguido a ello el proceso de licuefacción, la sacarificación, fermentación y por último el proceso de destilación fraccionada con tamices moleculares debido a que produce etanol a alta concentración. Obteniendo así, etanol con un grado alcohólico de 99,5 ºGL, mediante la utilización de una columna de destilación (segunda) y un tamiz molecular la cual se utilizó para absorber le agua y gases que tuvo la mezcla para así poder aumentar la pureza del etanol. Siendo este resultado, un grado de pureza que se requiere para su uso como combustible. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Alban, M. C. (2010). OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE ALMIDÓN DE YUCA MEDIANTE HIDROLISIS ENZIMATICA Y FERMENTACION POR MEDIO DE LEVADURAS. 12 - 253. Arias, R. y. (2016). Caracterización físico-química de residuos agroindustriales (cascarilla de arroz y harina de yuca), como materia prima potencial para la obtención de bioetanol. Repositorio UNAN. Delgado, M. D. (2009). OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DE ALMIDÓN DE YUCA A PARTIR DE LA YUCA. 1 - 98. Rodriguez, E. H. (2020). Produccion de Bioetanol a partir de la yuca (Manihot esculenta). 1 - 272.
