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PRODUCCIN DE ETANOLDocente:Alumnos :

Universidad NacionalPedro Ruiz Gallo

Diseo de Bioprocesos y

Biotecnologa Microbiana

Dr. Carlos E. Villanueva Aguilar.Rmulo Aycachi IngaDany Luz Piscoya Purihuamn

Lambayeque Setiembre 2008

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PRODUCCIN DEETANOL- Dany Luz PiscoyaPurihuamn- Rmulo Aycachi Inga

INTEGRANTES:

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Qu es el etanol? Alcohol, lquido, incoloro e

inflamable Tambin como alcohol etlico. CH3-CH2-OH

Bebidas, combustible,disolvente, anticongelante,farmacutica.

P. E.: 78 C

P. F.: -144 C M. M.: 46.07 g/mol Densidad: 0.789 g/mol LD50: 7.060 mg/Kg oral

T inflamab.: 13 C

Hidratacin de etileno. Fermentacin Act. Enz. sobre jarabesazuc.

Destilacin y rectificacin

del petrleo (MTBE)

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BIOETANOL

FermentacinAlcohlica

(anaerobiosis)

Biocombustible

Azcares

Agricultura

Gasohol

Alconafta

E10, E85 ETBE

Biomasa Desechosagrcolas

Celulosa

Trigo

Maz

Caa azcar

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Petrleo

Importancia

Agotamiento

Precios

Contaminacin

Emisiones CO2

Derrames

Calentamiento

Global

DependenciaEconmica

Crisisenergtica

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http://es.wikipedia.org/wiki/Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sud%C3%A1fricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tailandiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reino_Unidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Reino_Unidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ucraniahttp://es.wikipedia.org/wiki/Poloniahttp://es.wikipedia.org/wiki/Arabia_Sauditahttp://es.wikipedia.org/wiki/Arabia_Sauditahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gal%C3%B3n_%28unidad%29http://biotecnologia_varios/Etanol_(combustible).htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Brasilhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rep%C3%BAblica_Popular_Chinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Indiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Franciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rusiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Canad%C3%A1

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Combustibles: Mezcla de gasolina conetanol

Se espera para el 20115Argentina

Sin fecha25Bolivia

Es opcional, pero le apuntan al 10%3Japn

Se para el 20105Francia

Todo el territorio nacional5Filipinas Por ahora en 5 provincias5China

Todo el territorio nacional5Suecia

Por ahora en Bangkok10Tailandia

%OBLIGATORIA Vehculos queutilizan bioetanol:

Renault Megane Ford Focus

Ford Focus C-Max Volvo C30 Volvo S40 Saab 9-5 BioPower

Saab: 9-XBioHybrid (ConceptCar)Ferrari F430 SpiderBio Fuel

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Ventajas y desventajas de losbiocombustibles

Se mejora la competitividad al notener que importar fuentes de

energa tradicionales.

Su uso se limita a un tipo demotor de bajo rendimiento y pocapotencia.

Se mejora aprovechamiento detierras de poco valor agrcola.

Combustible precisa de unatransformacin previa compleja.

Se podran reducir losexcedentes agrcolas.

Potenciacin de monocultivosintensivos (uso de pesticidas yherbicidas)

Revitalizan economas rurales,generan empleo.

Se necesitan grandes espacios

de cultivo.

Proporciona fuente de energa

renovable.

Costo de produccin casi dobla alde la gasolina.

No incrementa niveles de CO2 enla atmsfera.

DESVENTAJASVENTAJAS

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Principales M.O. Productores de Etanol

Bacterias: Zymomonas mobilisZymomonas mobilis

Clostridium

acetobutylicum Klebsiella oxytoca

Escherichia coli

Levaduras: Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae

Pichia stipitis

Pachysolen tannophilus Candida shehate

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Zymomonas mobilis

Bacilos Gram ( - ) Pares

Mviles (1 4 flagelos)

Colonias en

Standar

Brillantes

Blancas o cremas

2 mm

Anaerobio facultativo Prdida espontnea

Borde regular

Aroma frutado

Otras caractersticas

Fermentacin

Glucosa

Fructosa

Agua, suelo,plantas

No cpsula

No espora

Oxidasa, Indol, RM,NO3, Tween 80 Negativo

Sacarosa

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Caractersticas Bioqumicas: Va Entner Doudoroff Degradacin de glucosa en

anaerobiosis Mol y de OL/Mol glcido

ferm. Ac. lctico, trazas

acetilmetilcarbinol. con 2% de extr. levadura,

20% glucosa. pH ptimo: 7.3 (a 30 C). Actividad de catalasa. Pantotenato, biotina (indisp.)

Z. mobilis en agar LMDA

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Va de Entner - Doudoroff

x 1Mol de sust.

consumido 2MolNADH. Rendimiento en ATP

1 x Mol de hexosadegradada.

No posee sist. Detransp. (P- enolpiruvato glucosa P-transferasa,permeasa).

S: sist. transp. xdifusin facilitada. Hbitat limitado a

entornos con

[azcar].

Asimilacin de Gluc. Con-trolada por el balance ener-

gtico de la clula

Fructoquinasa fuertementeinhibida x Gluc.

[gluc.] inhibe la actividad deHidrlisis de la

sacarosa

Tipo competitivo

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Influencia del O2

Bact. no estrictamenteanaerobia. Aireacin disminuye

rendimiento en etanol.

[Ac. lctico] qglucosa y produccin de

Ac. Actico. Efecto Pasteur ausente. Rendimiento Yx/s no

en aerobiosis.

Inhibicin porEtanol

Tolerancia mayor al etanol. Produccin etanol a []s a

13% (p/v). Glucoquinasa y

fructoquinasa no inhibidaspor etanol.

Resistencia por rearregloen: Membrana Fosfolpidos Hopanoides Protenas

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Saccharomyces cerevisiae

Levadura de cerveza

Hongo unicelular Levadura

Tolera [etanol]

VinoCerveza

Pan

EtanolBiomasa

Utilidades

Osmotolerante

[azcar]

S. cerevisiae:Especie

Saccharomyces:Gnero

Saccharomycetaidae:Subfamilia

Saccharomycetaceae:Familia

Saccharomycetales:Orden

Hemiascomycetes:Clase

Ascomycota:Filo

Fungi:ReinoNo exigente

nutricionalmente

Invertasa

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Caractersticas generalesde las Levaduras

30 - 45Carbohidratos (%)

6 12cidos nucleicos (%)35 45Protena (%)

7.5 8.5Nitrgeno (%)

4.5 5.5pH (rango ptimo)

1 3

Tiempo de duplicacin

(horas)

4 8Dimensiones (micras)

Necesidades nutricionalesmnimas para S. cerevisiae

Fnte. carbono: AzcaresFnte. Nitrgeno: sulfato amnico,rea o aminocidosBiotina (B8 o Vit. H)Sales y elementos traza

Color: cremao blanco

Apariencia: hmedoy brillante

Bordes: irregu-lares

25 a 30 C

Produccin de as-

cosporasSi hay requer. nutr. adecuados

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Ciclo sexual de S. cerevisiae

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Bioqumica de la formacin de Etanol

Aerobiosis: oxidan azcaressimples (G, F) CO2 y H2O

Vas: Embden Meyerhof Parnas,luego Ciclo Krebs.

70% de glucosa piruvato(Gliclisis). 30% glucosa Va Pentosa P

Anaerobiosis: Gluc. oxidada x vaglicoltica y luego x Ferm. OL Produccin: Etanol, CO2, 1 ATP

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Oxidacin Gluc. x VaGluclisis Piruvato

Piruvato descarboxilado x1. acetaldehdo.

Acetaldehdo reducido aEtanol x 2.

Tambin formacin deGlicerol x reduccin dedihidroxiacetona P x 3. glicerol 3 P.

Glicerol 3 P hidrolizadohasta Glicerol x 4.

1. Piruvatodescarboxilasa2. OL deshi-

drogenasa

4. Glicerol1 - fosfatasa

3. DihidroxiacetonaP- reductasa

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En presencia de O2 cuando nohay ms azcar disponible: Levaduras pueden oxidaretanol acetaldehdo (x OLdeshidrogenasa). Luego, nuevamente oxidado

hasta acetato (x aldehdodeshidrogenasa)

Acetato

2H

AldehdoDeshidrog.

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Reacciones comprendidas en lafermentacin alcohlica

C6H12O6 + 2Pi + 2 ADP 2CH3-CH2OH + 2CO2 + 2 ATP + 25.5 kcal

180g 92g 88g

Azcar - Hexosa Etanol Anh. carbnico

Rx exergnica

100.1TOTAL

1.2Materia celular

0.6Ac. Succnico

3.3Glicerol

46.6Anh. Carbnico48.4Etanol

Peso %

Rendimiento ideal de Pasteur

100 Kg azcar-hexosa 51.1 Kg Etanol + 48.9 Kg CO2.

1g glucosa0.511g Etanol

0.489g CO2

GAY LUSSAC

En realidad Yp/sdiferente del ideal

Produccin de otrosmetabolitos

Mantenimiento

Rendim. Experim.90 95% del terico

(0.469-0.485 g/g)

Rendim. Industrial87 93% del terico

http://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_difosfatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_trifosfatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_trifosfatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_difosfato

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Compuestoscarbonados

utilizables por

S. cerevisiae

D- glucosa

D- galactosaManosaFructosaSacarosaMaltosa

Melobiosa

Melecitosa

Trealosa

RafinosaMaltotriosa

DesoxirribosaD- manitol

EtanolD- glucitol

Ac. lctico

Materia prima para produccin debioetanol

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Principales fuentes actualesde produccin de Bioetanol

a nivel mundial

Levaduras

Invertasa

Zimasa

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Efecto Pasteur

Levaduras metabolizan

azcares en aerobiosis yanaerobiosis.

Aerobiosis: > rend. celular. Para un mismo rendimiento

celular: consume < azcaren aerob. q en anaerob.

Aerob. fermentacin.

Competencia entre piruvato

descarboxilasa (ferm. bajaafinidad x piruvato) y piruvatodeshidrogenasa (resp. granafinidad)En S. cerevisiae este efecto o

bien est ausente o tiene una

amplitud muy dbil.

Se refiere a la inhibicin de laGliclisis debido a la presen-cia de oxgeno.

0750

3.4550

5.9470

6.3420

8.6370Alcohol formado en 2 mesesazcar en gr./l

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Efecto Crabtree Se refiere a la inhibicion del

consumo de O2 x [glucosa].

Algunas levaduras fermentanen presencia de O2, aunteniendo cadena respiratoria.

Para evitar produccin deetanol en condiciones aerobias cultivo en Fed - Bach

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Proceso de Produccin de Bioetanol

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Procesamiento de Diferentes MateriasPrimas

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Procedimiento parala obtencin de

etanol

Acondicionamientode las materias

primasHidrlisis.Fermentacin de

azucares.Destilacin

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BIOETANOL Es un alcohol elaborado de fuentes renovables que

sigue un procedimiento de fabricacin similar al dela cerveza:

O mediante la fermentacin directa de productosazucarados:

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Los principales objetivos de la produccin de bioetanol Son: Preparar mezclas con gasolina en lugar de otros aditivos

como el ETBE (Etil terbutil ter) o el MTBE (Metil terbutilter) en proporciones superiores al 5%.

Usarlo como carburante en mezclas con gasolina hasta un85%.

Suministrarlo como materia prima en la produccin delETBE.

BIOETANOL

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Materias Primas Las principales fuentes

actuales de produccin debioetanol a nivel mundialson: Maz Yuca Remolacha

Sorgo Dulce Caa de Azcar

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Produccin de alcohol a partirde Maz

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Produccin de Etanol de Yuca

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Produccin de Etanol de Yuca(continuacin)

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Produccin de Etanol deRemolacha

Francia es uno de lospases que hadesarrollado tecnologapara obtener etanol deremolacha, despus deestablecido el Protocolo

de Kyoto. Se obtienen 0,2 litros de

etanol/kg de remolacha.

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Produccin de Etanol de SorgoDulce

El grano de sorgo esrico en almidn y esuno de los cultivos

ptimos para otrasaplicacionesindustriales.

Se obtienen 0,14 litrosde etanol/kg de sorgodulce.

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Produccin de Etanol a partir dela Caa de Azcar

Se obtienen 0,085 litros deetanol/kg de

caa de azcar.

Actualmente, Brasil es elprincipal productor mundialde etanol de caa de azcar.

Produce alrededor de 315

millones de toneladas decaa , y cerca de 2/3 de estaes utilizada para laproduccin de etanol.

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Rendimiento de Cultivos en laProduccin de Alcohol

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Principales Productores deBioetanol en el Mundo (2005)

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Complejo Agroindustrial

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Impacto Ambiental

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Proceso de Fermentacin delEtanol

Mecanismo de Conversin: Gay-LussacC6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

100kg = 51.1Kg + 48.9KgHexosa Etanol CO2

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Composicin de la Melaza de Caa

0.4Ceras, esteroides y esterofosfolpidos

5Compuestos no nitrogenados

4.5Compuestos nitrogenados

12Cenizas

4.1Otros carbohidratos

3Otras sustancias reductoras

9Levulosa

7Sacarosa

35Glucosa

20Agua

COMPOSICION(%)COMPONENTE

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Propiedades Fsico-Qumicas de laMelaza

pH: Las melazas de caas deazcar son ligeramente cidas5.5 6.5 cidos Alifticos. 4.5

Acido sulfrico.Densidad: Grados Brix 24

Brix.

Nutrientes: = 85% del maz engrano.

0.2g de Urea x 1L de melaza

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Saccharomyces cereviseae

Levadura de excelencia para la produccin de Etanol Industrial Fcil manipulacin y

Recuperacin.

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Proceso Productivo del Etanol Etanol (alcohol etlico) producido

x fermentacin de azcares queestn en productos vegetales.

Cereales, caa de azcar,remolacha o biomasa

(combinados en forma desacarosa, almidn, hemicelulosay celulosa).

Dependiendo de su fuente de

obtencin, su produccin implicafundamentalmente: Proceso de separacin de los

azcares. Fermentacin y destilacin de las

mismas.

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Cadena Productiva del EtanolBiocarburante

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Biorreactor

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Instalacin piloto de 100 L.

LEYENDA

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LEYENDA

A: Bioreactor de fermentacin. B y C: Recipientes de

almacenamiento de cido y debase respectivamente. D Recipiente de recoleccin de

levaduras y vinasas para elreciclaje.

E: Decantador. Mn: Recipiente dealmacenamiento de melazas.

F: Vlvulas automticas. G: Intercambiador de calor para

el calentamiento del caldo defermentacin.

H: Intercambiador de calor parael enfriamiento de vinasas.

J: Recipiente de recoleccin de

vinasas.

K: Recipiente de recoleccindel caldo de fermentacin.

L: Columna de destilacin. M: Bomba para la crema de

levaduras. N: Bomba de alimentacin a la

columna de destilacin. O: Bomba de reciclaje de

levaduras. P: Bomba para el reciclaje de

vinasas. Fm: Flujo de melazas. Fe: Flujo de agua.

Fair: Flujo de aire. CO2: Flujo de dixido de

carbono. Fv: Flujo de vinasas. Pef: Flujo de etanol.

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GRACIASPOR SU

ATENCIN!!!

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REFERENCIAS: Apuntes Varios: Captulo 14: Metabolismo de Glucosa. Obtenido el 12 de

agosto de 2008 en http://marc.pucpr.edu

/facultad/santos/Trabajos/611/bio611/capitulo_14.pdf Apuntes Varios: Leccion 9: Produccin de Polialcoholes. Obtenido el 12de agosto de 2008 en http://www1.us.es/pautadatos/publico/asignaturas/40397/17341/BIOTEC_06-07_TEMA%209.pdf

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Cuaderno de ciencias (2008). Etanol: Propiedades fsicas y qumicas.Obtenido el 12 de agosto de 2008 en http://cienciasabprikrdo.blogspot.com/2008/03/estudio-del-petroleo.html

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