BIOMASA COMO UNA FUENTE DE PRODUCTOS QUIMICOS Y
BIOMASA COMO UNA FUENTE DE PRODUCTOS QUIMICOS Y ENERGIA Productos –Procesos –Insumos Laboratorio de Bioquímica y Biotecnología Centro de Investigaciones Nucleares, Facultad de Ciencias Dra Mary Lopretti Miniforo de Biorrefineria 11 de mayo 2016
Recursos humanos La formación de los recursos humanos es en Biología, Bioquímica y Técnicas nucleares Docentes actuales directos *Mary Lopretti Ph. D Biología, MSc Bioquímica, Lic. Ciencias Biológicas PEDECIBA Posdoc Biopolímeros ( Francia) *Sylvia Vazquez MSc Biotecnología, Lic Bioquímica, estudiante de doctorado *Silvana Bonifacino Lic. Bioquímica, estudiante de maestría *Evelyn Falero Lic. Bioquímica, MSc Colaboraciones con institutos y laboratorios nacionales e internacionales
Recursos materiales § Laboratorio de Bioquímica y Biología adaptado al trabajo en biosíntesis, degradaciones, fermentaciones, cultivos § Laboratorio de TNA § Adaptado a trabajar con radiotrazadores § Irradiación a altas dosis § Otros recursos materiales asociados a otras unidades o institutos nacionales e internacionales.
Biomasica El concepto y su materialización § Biomasica, nació por el uso de materias prima lignocelulosicas como proveedor de energía y productos químicos. Agregando valor mediante el desarrollo de bioprocesos integrados capaces de recuperar eficaz y competitivamente fenoles y fenoles modificados de la fracción de lignina, antes que el uso subsecuente de los otros dos componentes mayoritarios de biomasa (celulosa y hemicelulosa) para producir etanol y otros químicos.
§ La base de esta ruta es bioprocesar materia prima, usando las fracciones celulósicas como sustrato para la producción de químicos y combustibles. § La valorización de la fracción de lignina aún está sujeta a investigación y desarrollo. § Algunos microorganismos capaces de usar la sustrato han sido evaluados como una alternativa el pre-tratameinto de lignocelulósicos. lignina como biológica para § Los agentes responsables de la degradación son enzimas extracelulares como la lignina peroxidasa (Li. P), manganeso peroxidasa (Mn. P) and lacasa y consorcios de microorganismos mejorados.
petróleo Recursos fósiles gas carbón FUENTE DE PRODUCCION DE ENERGIA Y MATERIA PRIMA PARA LA INDUSTRIA QUIMICA. Materia prima alternativa: BIOMASA Actualmente la BIOMASA no puede producir compuestos equivalentes a los petroquímicos. Se prevee para el 2050, un 50% de aumento en el actual consumo de energía y materia prima.
Idustria que produce el mayor reciclado de materia prima renovable Utilización de procesos biotecnológicos para clarificar efluentes y combatir el crecimiento microbiano en los productos obtenidos
En que trabajamos en el Laboratorio de Bioquímica y Biotecnología CIN ?
Desarrollo del laboratorio de Bioquímica y Biotecnología del CIN en Biorrefinería Insumos § § § Proyectos en producción de insumos para el proceso Microorganismos nativos Enzimas Consorcios Bioactivos microencapsulados
Procesos § Pretratamientos deslignificación recuperación de fenoles § Sacarificaciones enzimáticas § Fermentaciones sumergidas semisólidas
Ejemplo de procesos que hemos desarrollado: § Procesos de fermentación semisólida y de fermentación sumergida § Estas diferencias tecnológicas dan lugar a diferentes economías del proceso. § No obstante , cabe mencionar que la economía del proceso no debería ser el único criterio para la selección del proceso cuando consideramos el concepto global de biomásica. . § Debido a que en la recuperación de residuos es un punto principal es la disponibilidad de los residuos , así como su condición. Si un proceso tal como la producción de azúcar , da como resultado un residuo sólido , el enfoque más lógico sería utilizarlo de esa manera ( por ejemplo, por SSF). A la inversa, si el residuo principal del proceso es un líquido, tal como es el caso de el licor de Kraft en la industria de papel, la forma más conveniente de usar que sería como tal (a través de SF).
Productos § Productos a partir de ligninas § A. -Fenoles funcionalizados § B. -Bilding blocks para ingeniería de polímeros § C. -Materiales híbridos § D. - Vainillina y otros aldehidos § E. - Poliuretanos y resinas fenólicas § F. - nanoparticulado de polifenoles
Productos § A partir de celulosa § A. - Ácidos orgánicos acético propiónico § B. - propanol § C. - Azúcares fermentables § D. - Celulosa microcristalina y CMC § E. - Nanocelulosa § F. - Materiales híbridos § G. - Bioetanol
Proyectos en curso § Proyectos en curso 1. -CYTED Red de valorización de residuos de la industria de cereales producción de : enzimas, nanoparticulas de sílice, nanocelulosa, adhesivos, materiales híbridos. España , Portugal, Cuba, Costa Rica, Rep. Dominicana, Argentina, Uruguay 2. - Escalado de la producción de Bilding blocks de lignina y su aplicación en polímeros. Proyecto Universidad de Guadalajara– Facultad de Ciencias Cin, IPB, Lanotec , Ecole de papeterie, Francia 3. - Implementación de un sistema de producción de enzimas ligninolíticas , Prototipo. 4. - Producción de nanocelulosa Prototipo 5. - Proyectos enviados a CSIC Y ANII ( levaduras, encapsulación de materiales de interés biológico, )
Algunos resultados en Producción de insumos § Enzimas § Microorganismos
1. - Enzimas depolimerizantes de Demetilasa de G. trabeum. - produce metanol y oxida - depolimeriza. Lig Peroxidasa de A. anitratus: - depolimeriza y oxida
LIG PEROXIDASAS de aparato digestivo de coleópteros Cultivo de Acinetobacter anitratus en IPG (24 hs. ) Células (pellet) Resuspensión en tartrato de sodio Fermentación sumergida t= 5 días. Agitación, Aereación. Ultrasonido (ruptura membranas) Centrifugación Células desechos (pellets) Sobrenadante desechos Diálisis al vacío Crudo enzimático
- DEMETILASAS ( hidrolasas de G. trabeum) Propagación de Gloeophylum trabeum Fermentación en medio semisólido Marcación con 55 Fe. Seguimiento de la síntesis de la enzima Extracción Identificación de proteínas férricas Purificación Determinación de actividad
Esquema de la posible actividad enzimática de A. anitratus sobre el alcohol veratrílico. Aparecen productos oxidados y demetilados.
Esquema de la posible actividad enzimática de A. anitratus sobre el aldehído veratrílico. Aparecen productos oxidados y demetilados.
Microorganismos § Libres consorciados § Encapsuladas § Mejoradas por irradiación
Cápsulas de alcohol polivinílico con crecimiento de Kluyveromyces en microscopia SEM
Cápsulas de alcohol polivinílico con crecimiento de Kluyveromyces en microscopia SEM
Consorcio de Penicillium: modificador potential de polifenoles, manejo y usos industriales § Las cepas de Penicillium ; P. citrinum , P. chrysogenum y P. variabile , se aislaron de medio ácido con licor kraft como fuente de carbono. § Se analizó su capacidad para modificar polifenoles. § Se demostró que puedan crecer en medio con modelos fenólicos y compuestos metoxilados como benzaldehído 3, 4, 5 - trimetoxi , ácido siríngico , resorcialdehyde , guayacol y alcohol coniferílico. § Trichoderma reseii aislada a partir de medio de Costa Rica también se estudiaron con el fin de utilizarlo como un consorcio para modificar los polisacáridos.
Ejemplos de Productos § Fenoles § Fungicidas § Materiales híbridos
Viabilidad técnica para producir fenoles modificados a partir de materiales lignocelulósicos § Las posibles aplicaciones de los materiales poliméricos a partir de recursos renovables dependen de algunas modificaciones en la estructura de la lignina. § La lignina de Kraft de E. grandis se modificó enzimáticamente y se realizó una fermentación en estado sólido de los materiales lignocelulósicos para obtener fenoles modificados y pequeños polifenoles para utilizar en copoliésteres. § El peso molecular y los grupos OH de los fenoles modificados se determinaron.
§ Producción de fenoles en sistema líquido § 5 L de solución de lignina 1 %en buffer cítrico 1 M, p. H 6. 8 § Extractos de enzimas de G. trabeum y P. chrysosporium (20 EU/ml Li. P, 10 EU/ml Lacasa y 5 EU/ml Demetilasa) fueron usados para modificar enzimáticamente la lignina de Kraft de E. grandis. § Producción de fenol en SSF § Materiales lignocelulósicos fueron inoculados con P. Crysosporium y G. trabeum, 5 % w/w § Los extractos fueron obtenidos por lixiviatcon § La modificación de lignina por el sistema oxidativo presente en los extractos enzimáticos se evaluó por análisis de espectroscopía UV -Vis
Fenoles obtenidos por tratamiento líquido
Fenoles obtenidos por SSF
• PRODUCCIÓN DE FUNGICIDA (A, B, C) A) DEPOLIMERIZACIÓN DE LIGNINA
B) PRODUCCIÓN DE ÁCIDO PROPIÓNICO
Lignopropionato: 1% Riesgos: medio y bajo
Sin fungicida: riesgo alto
Producción de nanocelulosa § Biológico y Radiación
Muchas gracias
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