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I
·
Alcohol de biomasa. II. Hidr6lisis de las pentosanas de ta110s y zuros de malz, ta110s de sorgo
dulce, paja de arroz y sarmientos
F. J. Garcia Breijo y E. Primo YUfera
Departamento de Biotecnologt'a. ETSfA. Universidad Po/il(!cl1ica. Camino de Vera , 14. 46022 Va
lencia. Espana
Original recibido 25-02·1987
RESUMEN
Se determinan los productos de 13 hidrolisis acida suave en distintas condiciones, de los siguientes materales: tallos y zuros de maiz Funk's, var. G-5050 y de maiz sacarino, var. E41, ta1I0s de sorgo dulce, var. Wray, paja de arroz, var. Bollia y sarmientos de vid, var. Bobal. En todas las experiencias se han mantenido constantes el tamano de particula (25 mallas), la relacion solido/liquido (1 / 10) y la temperatura ' (ebullicion a retlujo). micntras que la concentracion de acido sulfurico se ha variado del 2 al 9 % y el tiempo de I a 4 horas. Los resultados obtenidos permiten seleccionar las condiciones mas adecuadas para conseguir una elevada hidrolisis de pen tosanas con minima degradacion a furfural. Entre los materiales estudiados destacan los zuroS de maiz de am bas variedades, con rendimientos en la hidrolisis cercanos al 80 % de sus pentosanas (aprox. 200 kg/ ton en los de maiz sacarino y 230 kg! ton en los de maiz Funk's) y con degradaciones a furfural no muy elevadas (inferiores al 25 % de las pentosanas hidrolizadas).
Alcohol from biomass. II. Hydrolysis of pentosanes in stalks and cobs of corn , stalks of sweet sorghum, rice straw and vine shoots
ABSTRACT
Conditions and products of slight acid hydrolysis with diluted sulfuric acid have been studied on different agricultural materials (stalks and cobs of Funk's corn, var. G-5050; stalks and cobs of sacarine corn, var. E41; stalks of sweet sorghum, var. Wray; rice stra\\', var. Bahia: and vine shoots, var. Bobal). Different conditions of hydrolysis (keeping temperature at boiling: solid to liquid ratio, 1/ 10; and particula~ size, 25 mesh, and varying time between I and 4 hours and acid concentration between 2 and 9 %) have been tested. Results allow the selection of the most adequate conditions for each raw material, according to the highest pentoscs extraction, and the lowest degradation. Best results were obtained with both varieties of corn cobs with hydrolysis yields toward the 80 % of their pentosanes (about 200 kg/ ton in sacarinc corn and about 230 kg/ ton in Funk's corn) and with not very high degradation to furfural (lower than 25 % of hydrolized pentoses).
304 Rev. Agroqufm. Tecnol. Aliment., 27(2), 1987
1. INTRODUCCION
Como ya se indico en la priml . . . n de esta scrie (GarciamunlcacJO
mo, 1986), se esta desarro\\ando Departamento un estudio sobre ' vechamiento integral del potenG drocarbonado de algunos resiLillUS las y del sorgo dulce (cosecha a,
oetica). Los materiales incllliL\os o d' se c1asifican en dosestu 10 •
el azucarado. eonstituldo por tj
distintas variedades de mail. Y j dulce , y el grupO pcntosanico-c formado por zuros de dos varie
ma{z, paja de arroZ Bahia y s~ de vid Boba\. EI estudio se des'
t as ' a) extraeei6n aCllOStres e ap . aZlkares de los materiales del gIj
carado, b) prehidr61isis de las I losas de los materiales de los d
c) hidrolisis del residuo Iig yco. Los resultados obtenidos d
mera etapa del estudio se expu la eomunieaei6n ya eitada. En ,
los resultados obteni t deellen a segunda etapa del estudio. diente a In prehidrolisis de I"
lulosas. Las hemieelulosas son pc
de las paredes celulares qlle es dos a la eclulosa en los teji.
cados. Estan formadas. fundal
pentosas y en menorte, por ' hexosas, aeidos uronieos, Y 0
res menoS abundantes. Son c tas y ramifieadas, faeilment
bles. Algunas hemicelulosas 501
extralbles con aguu caliente ~ se disuelven en soluciones ;
so'lubilidad y susceptibilidad
Rev. Agroquim. Tecnol. Aliment .•
'
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rolisis de las pen tolaiz, talJo s de sorgo . sarmientos
!1lo Ytifera
Iica. Call1ino de Vera, 14. 46022 Va.
~ en 1I istin tas cond iciones, de los si. 50 y de rnaiz sacarino, var. E41, taarmicn tos de vid, var. Bobal. En to.
de particula (25 mafias), la relacion
, mientras que la concentracion de
a 4 horas. Los resultados obtenidos guir una elevada hidrOlisis de pen to. ~ s eSludiados destacan los Zuros de
crcanos al 80 % de sus pentosanas los de maiz Funk's) y con degradanas hidrolizadas).
anes in stalks and co bs of '" and vine shoots
ted sulfuric acid have been st udied
orn, var. G·5050; sta lks and cobs ; rice straw, var. Bahia; and vine
temperature at boiling; so lid to
between J and 4 hours and acid )w the selection of the most ade. est pcntoses extraction, and the
irs of corn cobs with hydrolysis in sacarine corn and about 230
'u rfu ral (lower than 25 % of hy
lim. Teeno!. Aliment., 27(2), 1987
1. INTRODUCCION
Como ya se indic6 en la primera comunicaci6n de esta serie (Garcia y Primo, J986), se esUi desarrollando en este Departamento un estudio sobre el ap ro vechamiento integra l del potencial hidrocarbonado de algunos residuos agrlcola s y del sorgo dulce (cosecha agroenerge tica). Los materiales incluidos en este estudio se clasifican en dos grupos: el azucarado, constituldo por tall os de distintas variedades de malz y de sorgo dulce, y el grupo pentosanico-celu losico,
formado por zuros de dos variedades de
maiz, paja de arroz BahIa y sarmientos de vid Bobal. El estudio se desarrolJa en tres eta pas: a) extracci6n acuosa de los azucares de los materiales del grupo azu
carado, b) prehidr61isis de las hemicelu
losas de los materiales de lo s dos grupos, y c) hidr6lisis del residuo lignocelul6sico. Los resultados obte nid os en la pri
mera etapa del estudio se expusieron en la comunicaci6n ya citada. En esta se da cuenta de los resultados obtenidos en la segunda etapa del estudio, correspondiente a 1a prehidr6lisis de las hemicelu10sas.
Las hemicelulosas son po/isacaridos de las paredes celulares que estan asociados a la celulosa en los tejidos lignificados. Estan formadas, fu ndamentalmente, por pentosas y, en menor grado, por hexosas , acidos ur6nicos, y otros azucares menos abundantes. Son cadenas cortas y ramificadas, facilmente hidrolizables.
Algunas hemicelu/osas son facilme nte extraibles con agua caliente y todas ellas se disuelven en soluciones alcalinas. Su solubilidad y susceptibilidad a la hidr6
Rev. Agroqulm . Teeno!. Aliment., 27(2), 1987
-IN VESTICA CION
lisis acida (Cahela et a!., 1983; Fanta et a!., 1984; Gong et at., 1981 a; Harwa th et a!., J 982; Saddler et a!., 1983)
es consecuencia de su estructura amorfa y de su bajo peso molecular, y varia segun su grado de polimerizaci6n y su asociaci6n a la celulosa.
La hidr61isis suave previa de las hemicelulosas (pentosanas, rundamentalmente) es doblemente interesa nte, puesto que, ademas de sumini st rar productos aprovechables (xilosa, furfural y sus derivados, etc.), el residuo lignocelul6sica queda en mejores condiciones que la materia original para los tratamientos posteriores. En efecto , si se pretende obtener celulosa, la cantidad de reactivos necesaria es menor y la producci6n unitaria de los reactores aumenta, al ser la carga introducid a mas rica en aquella; y si el paso siguiente es una sacarificaci6n total, que sigue procesos a base de sulfurico concentrado , es conveniente el tratamiento inicia l de hidr6lisis suave.
La xilosa , principal producto procedente de la hidr61isis suave de las pentosanas , puede dar una gran variedad de derivados. La ferme ntaci6n por bacterrias Aeromonas hydrophila. Bacillus poly
myxa y Aerobacter indologenes. produce etanol, 2,3-butanodiol y una mezcla de acidos. Las levaduras Candida, y en pa.rticular la cepa XF 2 J7, producen etanol a partir de xi lo sa (Gong et al.,
1981 b). Asimismo, la Pachysolen tanl1o
philus, esta suscita ndo un gran interes (De troy et aI. , 1982; Fanta et a!.,
1984 ; Maleszka et a!., J 981; Maleszka
y Schneider, 1982; ,Neirinck et aI., 1982 ; Schneider et al.. 1981 ; Schneider et aI.,
1983 ; Slininger, 1982; Slininger et a!..
1982). Maleszka et a!. (1981) han conse
305
IN VESTIGA CION
guido producciones del 78 % del etanol te6rico a partir de xi10sa con esta levadura . Tambien pueden obtenerse, por fermentacion de la xilosa, acetona, acido acetico y butanol, todos eHos su'sceptibles de transformaci6n en un gran numero de otros productos quimicos.
La xilosa puede red ucirse a xilitol, un atractivo pero todavia poco estudiado agente edulcorante, humectante e intermediario para slntesis. Puede oxidarse y dar acidos trioxiglutarico y xil6nico, que son utiles como secuestradores y acidulantes para alimentos. Su deshidrataci6n por calentamiento en soluci6n acida produce furfural. Este compuesto tambien se obtiene como subproducto en los procesos de hidr61isis de los materiales hemicelul6sicos y, a partir del mismo, se obtienen gran numero de sustancias, como plasticos, disolventes, etc.
En este trabajo se ha realizado la hidr6lisis con diversas concentraciones de acido sulfurico (hasta el 9 %), operando a presi6n atmosferica (ebullici6n a reflujo), con tiempos de tratamiento diferentes, de hasta cuatro horas. Se sigue el proceso de extracci6n de las pentosas por determinaci6n analltica, tanto de las pentosas residuales como de las existentes en el hidrolizado, con 10 que se tiene una doble inspecci6n de los resultados. Se analiza, ademas, la cantidad de furfural presente en el liquido de hidr6
lisis y los reductores totales; esta ultima va~ loraci6n da, por comparaci6n con las pentosas extraidas, un valor indicativo de las hexosas originadas en el tratamiento. Se estudia tambien el efecto del tratamiento sobre la celulosa, analizando los azucares potenciales fermentables en el residuo !ignocelul6sico. Por ultimo, se determinan los ren
dirnientos de la fermentaci6n alcoh61ica de los caldos obtenidos.
Se obtiene aSI amplia informaci6n que puede utilizarse como base para la elecci6n de las condiciones del proceso
de prehidr61isis mas adecuadas para cada una de las distintas aplicaciones que pueden darse a dicho proceso , especialmente 1a maxima hidr61isis de pentosanas con minima degradaci6n de las mismas a furfural.
2. MATERIAL Y METODOS
2.1. Materiales
EI estudio del proceso de prehidroli sis
se ha lIevado a cabo con tallos de malz sa
carino var. [41, malz funk's var. G-5050
y so rgo dulce var. Wray (mater ial es clasifiea
do s en el grupo que hemos denominado
azucarado), aSI como con zuros de dichas va
riedades de malz, paja de arroz Bahia y sar
mientos de vid Bobal (estos otros del grupo
penrosdnico-celuI6sico). La s caral'lcrlsticas y
procedencias de las varicdades de ma IZ y sor
go dulce empleadas se especificaron en el pri
mer trabajo de esta serie (Garcia y PrimO ,
1986).
Estos materiales se secaron al airc durante
un mes , extendidos sobrc piso de cemcnto. y
antes de someterlos al proccso de prchidro
lisis se molieron a 25 malla s (EE .UU. Standar ,
ASTM-E-II-61) y se determino cn ellos cl con
tenido de humedad para rcfe rir los resultados
respecto a materia seea inicial (r.m.s.i .).
2.2. Metodos de analisis
Para la dcterm inacion de los azucarcs rc
ductores, reductores totales, aZt~lcares fermen
tables, pentosas y pentosanas, sc han em
pleado los mismos metodos dc analisis que se
utilizaron en la primcra e tapa dcl trabajo
(Garcia y Primo , 1986).
Rev. Agroqu{m. Tecnol. Aliment., 27(2), 1987
La determinacion del hidroximd
(HMF) se realizo por el metodo
IfFJP Analyzers (International I:etl
Fruit Juice Producers , 1972), !Jas~
reaccion del HMf con el al'itlo ba r
la p-tolttidina. EI furfural se dCIl'r Ill
el metodo 43.021 de la AOAC (;\O A
Para la detcrminacion de los alltl'arl'
les fcrmentables en residuo\ li ~ l1 l1
ilemos se1eccionado e1 mctodo tid
y Dallas (1949) .
2.3. Proceso de prchitlr(,li.
Se introducen porcione~ de 500
tra molida a 25 mallas ([1-..
ASTM-E-II-6l), en matraces csfcriw
tros. Se adiciona :icido sttlfttrico. a
ciones seriadas (2, 4, 6 y 9 0/0 ). c
cion 1/10 (peso de mucstrn /volulf
do dilu Ido), y se calicnta a rcIlujo.
tiem po prcfijado . Transeurritlo cI
prehidrolisis se enfrian los caldos.
vaclo suave y se lava el rcsiduo
agua; cl filtrado se neutralil. 3. con
tra, se afora y sc guard a en frln h
lisis. E1 res iduo se seca, se )lcsa y
term ina el contenido en PCl1t" " tI
les y los reductores potcncialcs
Otra seri e de ensayos Ie r
cOfilccntraciones fijas de "citlo y
tiempo de prchidroli sis (I. 2. 3
2.4. Determinaciones efecluatlas
dos y residuos de la prchitll
a) Deferminaciones ell !u,
cl metodo de dcstilacion se delel
juntamente. las pentosas Y ,'I f
proced entc de 1a transfurmacior
aqucllas, por los acidos cn calien
minacion de furfural lihre )lcm
por difercncia, las pelllOsas rcale
fracto.
Como reliucrores {Owlc.> Sl'
Rev. AgroqulID. Tecnol. Aliment.,: 306
Has de Ja fermentaci6n aJcoh6Jica caJdos obtenidos.
. obtiene as{ ampJia informaci6n lIcde utiJizarse como base para Ja n de las condiciones deJ proceso hidr6Jisis mas adecuadas para cada : Jas distintas aplicaciones que pue
arsc a dicho proceso, especiaJla maxima hidr6Jisis de pento
can m{nima degradaci6n de Jas a furfural.
MATERIAL Y METODOS
2.1. Materiales
l's tudio del proceso de prehidrolisis
n ado a cabo con tallos de malz sa
,Jr . L-41, malz funk's var. G-5050
dulce var. Wray (rnateriales clasifica
el grupo que hemos dcnominado
I ). aSI como con zuros de dichas va
de maiz, paja de arroz Bah{a y sar
de v·id Bobal (estos otros del grupo
co-celul()sico). Las caraeterl'sticas y
:ias de las variedades de malz y sor
clllpkadas se especificaron en el pri
aio de esta serie (Garela y Primo,
; Illatcriales se secaron al aire durante
cxtendidos sobre piso de cemento. y
sOllletcrlos al proceso de preh idro
Jlieron a 25 mallas (IT.UU. Standar,
[-61) y .Ie determino en ellos el con
hUlllcdad para referir los resultados
materia seca inicial (r.m.s.i.).
2.2. Metodos de analisis
[a determinacion de los azucarcs re
reductores tot ales, aZllcarcs fermen
'1Iosas y pentosanas, se han em
mismos mctodos de analisis que se
en la primera ctapa del trabajo
'rimo, 1986).
oquim. Teeno!. Aliment., 27(2), 1987
La determinacion del hidroximetilfurfural
(HMF) se realizo por el metoda 12 de la
IFFJP Analyzcrs (International Federation of
Fruit Juice Producers, 1972), basado en la
reaccion del HMf con el aeido barbiturico y
la p-toluidina. EI furfural se determino segun
el metodo 43.021 de la AOAC (AOAC, 1965).
Para la determinacion de los azucares potcncia
les fcrmcntables en residuos lignocelulosieos
hemos selcccionado el mctodo de DUllllinp
y Dallas (1949).
2.3. Proceso de prehiur6[isis
Se introdueen porciones de 500 g de mues
tra mol ida 25 ma[las (EE.UU.-Stanuar,
ASTM-E-lI-{,l), en matraccs esfcricos de 10 li
Iros. Se adiciona acido sulfurico, a coneentra
ciones scriadas (2, 4, 6 y 9 %), en una rela
cion l/l 0 (peso de muestra/volumen de aci
do diluido), y .Ie calienta a renujo, durante el
ticmpo prefijado. Transcurrido el tiempo de
prehidrolisis se enfrian los caldos, se filtran a
vaclo suave y se lava e[ residuo con poca
agua; el fjltrado se ncutraliza con cal, se fil
tra, se afora y .Ie guard a en frio hasta su ana
lisis. EI residuo se seca, se pesa y en cl se de
termina el contenido en pentosanas residua
les y los reduetores potencialcs.
Otra serie de ensayos se rea[izan con
concentraciones fijas ue acido y variando el
ticmpo de prehidro[isis (I. 2, 3 0 4 horas).
2.4. Dcterminaeiones efeetuadas en los eal
dos y residuos de la prehidr6lisis
a) Delerminacionel en los ealdos.-Por
e[ metodo de destilacion se determinan, con
juntamente, las pentosas y cl furfural libre
proccdente de la transforl1lacion parcial de
aqucllas, por los acidos en caliente. La deter
m inaeion de furfural lihre perm ite conocer,
por difereneia, [as pelllosas reales ell el ex
lraelO.
Como reduclOres 100aies se va[oran todas
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INVESTICA CION
las sustancias reductoras presentes· que, funda
mentalmente son: pentos~s, hexosas, furfural
e HMf. La fermentacion sclectiva por S. ee
revisiae de los caJdos permite conocer [a can
tidad de reduClores no fermentables ell el
exlraelO y, por diferencia entre los totales
y los no fermentables, se obtiene el valor de
los azucares fermenlables en el exlraClo.
que equivale a la cantidad de hexosas hi
drolizadas, bien de las hemicel\llosas 0 pro
cedentes de una hidrolisis parcial de la ce
lulosa.
La determinacion del HMF fibre en el
eXlraclO es un fndice de la cantidad de hexo
.las dcstru fdas durante el proceso.
Por diferencia entre Jos valores de reduc
tores totales' en cl extracto y la suma del
furfural libre y del HMF en el extraeto, se
obtiene la cantidad de azueares IOlales en
el exlraelO. Restando de los reductores no
fermentables en el extracto da la cantidad de
azueares no fermentables ell el eXlraelO.
b) Delermillaciolles ell los residuos de la
prehidr6lisis. Las penlosanas en el residuo de
la prehidr6lisis representan las pentosanas sin
ilidro[izar y las pentosas fntimamente unidas
a la [ignocelulosa. La difereneia entre las pell
losanas ell el residuo de la eXlracei()n aeuosa
(Garcia y Primo, 1986) y este valor, propor
ciona la cantidad de penlosas iJidrolizadas,
valor siempre superior al encontrado de penlo
sas reales ell el exlraClO como eonsecueneia
de la transformaeion a furfural producida por
los acid os en caliente. La diferencia entre pen
tosas hidrolizadas y pentosas reales en e[ ex
traeto indica el valor del furfural 10lal produ
eido. Este valor es easi siempre superior al
de furfural libre en el extracto, [0 que se de
be al furfural evaporado que podrla recuperar
se en un proeeso industrial. La suma de este
y el presente en [os ea[dos es igual al total de
pentosanas hidrolizadas transformadas (dife
rencia entre las pentosanas hidro[izadas y las
pentosas rca Ie .I obtenidas) cuando todos los
valores .Ie dan en xilosa.
307
I
INVESTIGACION
En los residuos tambien se detcrm in an los
reductores potenciales por sacarificacion total
con acido sulfurico al 72 % (Dunning y Da
Uas, 1949); estos son un {ndice de la canti
dad de cellllosa presen te en e[ residuo y de [as
pentosanas residllales y comprenden, tar1to [as
hexosas potenciales , como [as pentosas que aun
q uedan en e[ resid uo.
Los soNdos totales extra{dos se calcu [an
por diferencia entre e[ residuo seco de [a ex
traccion acuosa y e[ residua seco de [a pre
,.hidrolisis. La diferencia entre estos y [os "re
ductores totales" da [os compuestos no reduc
Inres ex (ra (dos.
2.5. Criterios de se[ecc ion
A[ objeto de encontrar [as mejores con
diciones de tratamiento para cada material
estlldiado , se estab [ecen cuatro criterios de
se[eccion: a) la relacion entre [as pentosas
reales en el extracto y [as pentosanas hidro[i
zadas; b) [a relacion entre [os azucares no
fermentab[es y [os azucares tota[es ; c) [a rela
cion entre los azucares fermentab[es (hexosas)
y estas mas e[ HMF; y d) e[ porcentaje de
pentosanas hidrolizadas. Para [os tres primeros
criterios, Ja re [acion optima es cl valor I,
mientras que para el cuarto, e[ optimo es e[
100 %. Se c[egiran como mejores condiciones
para cada residuo aquellas que hidro[icen
mayor numcro de pentosanas y a [a vez de
graden menos pcntosas a furfural.
2.0. Rendimiento en la fermentacion de los
caJdos
La determinacion de [os rendimientos en
la fermentacion alcoho[ica de [os caldos de
prehidro[isis se rea[iza uti[izando [as ccpas y
procedimientos expuesto s cn e[ trabajo a n
ter ior (Garcia y Primo, 1986).
3. RESULT ADOS
A co ntinuaci6n se exponen los resu l
308
tados obtenidos en los tratamientos de prehidr6lisis de los dos grupos de materiales considerados en este trabajo. Primero, los correspondientes al gr upo que hemos denominado azucarado (tallos de malz Sacarino, maiz Funk's y sorgo dulce) y despues los del grupo penta·
sdnico-celulosico (zuros de ma IZ Sacarino y de malz Funk's, paja de arroz y sarmiento de vid). Todos los resultados se expresan en % respecto a materia seca inicial (r.m .s.i .) .
3.1. Grupo "azucarado"
Dentro de este grupo, destacan por sus rendimientos en pentosanas hidroli· zadas los tallos de maiz Funk's. En las figuras 1 a 4 se representan los resultados obtenidos con este residuo en todas las condiciones de prehidrolisis ensayadas.
Las cantidades de pentosanas que permanecen en el residuo tras la prehidrolisis dependen mucho de la concentracion de acido ; el tiempo influye mas con las concentraciones bajas (figura 1). Con el 9 % de ac ido y 4 horas de tratamiento s610 un 0'3 % de las pentosanas iniciales permanece sin hidro lizar.
Los datos de pentosas reales en el caldo se representan en la figura 2. A la concentraci6n mas alta de ac ido, no aumentan con el tiempo de ataque, debido a la produccion. de furfural y el mayor rendimiento se obtiene a concentraci6n alta y tiempo corto. Puede observarse que, con concentraciones altas de acido, el aumento de la extracci6n (figura I) no se traduce en aumento del rendimiento en pentosas (figura 2).
La progresiva degradaci6n de las
Rev. Agroqu(m. Tecnol. Aliment., 27(2), 1987
11 -.; E
10
~
• 8
~
4
3
2
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Con<:. ac
\ \
\ \
\ \ \
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~ -----..--o L-----~----~2----~3~--
1. Pentosanas en el residuo de la PTI
Com:.
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tf I I
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o,L-----~----~----_+3--~
3 . Furfural total producio
Figs. 1 a 4 .- Resll[tados dc [aprc . condiciones de conccntraclon
Rev. Agroqu(m. Tecnol. Aliment., 2i
___ _
obtenidos en los tratamientos de ·6lisis de los dos grupos de mateconsiderados en este trabajo. Prilos corrcspondientes al grupo que denominado azucarado (tall os de
Sacarino, malz Funk's y sorgo
y despues los del gru po pen to'e/u/osico (zuros de malz Sacade malz Funk 's, paJa de arro z y to de vid). Todos los resultados
resan en % respecto a materia cial (r.m.s.i.).
3.1. Grupo "azucarado"
ltm de este grupo, destacan por
~imientos en pentosanas hidroliIS tallos de malz Funk's. En las
a 4 se representan los resulta~nidos con este residuo en todas jiciones de prehidr6lisis ensaya
cantidades de pentosanas que cen en el residuo tras la prehilepcnden mucho de la concentra
aeioo; el tiempo infiuye mas concentraciones bajas (figura 1). ) % de acido y 4 horas de tra
s(\J'o un 0'3 % de las pen tociQles permanece sin hidrolizar. uatos de pentosas reales en el rcprcsentan en la figura 2. A
ntraci6n mas alta de acido, no
con el tiempo de ataque, dea producci6n .de furfural y el nuimiento se obtiene a concenIta y tiempo corto. Puede ob:]ue, con concentraciones altas
cl aumento de Ja extracci6n no sc traduce en aumento del
to en pentOS8$ (figura ~).
)rogresivil degradaci6n de las
quim. Tecno!. Aliment .• 27(2).1987
n
E ~ to
t
• II
5
4
3
2
o 1 3 4
t g (horas)
1. Pentesanas en el residue de la prehidr6lisls.
E
if. - 5
3
2
01 ~
t Q (horas)
3. Furfural total producido .
Figs. I J 4 .- Resu llados de la prehidroJi sis de
r'
Cone. jcido (% )
condicion es de concentracion de .icide (2 , 4 . 6 y 9 %) y ti empe (I a 4 horas) ensayadas.
Rev . Agroqu(m. Teeno!. Aliment.. 27(2).1987 309
Cone. ~cido (%)
'~--- ~~9 Tr
T ~ J. ... _ ~-.
----1 -2
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\ \
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[11 (horas )
2. Pentesas reales en el extracto.
3 ~
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1 r: K ~ l
/-t-----__ -+-__ ........ ~,~' ----.......
/ ..-----~-. t Q (horas)
4a. Azucares fermentables en el extracto.
Conc. 6cido 1%)
2E _-.-11..:
~ ..._------t-- -II
,//~~--------f.-------{-.-' -2
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1 ~; to (ho ras)
4b. Hidroximetilfurfural libre en el extracto.
lalJes de maiz runk 's, vaT. G-5050 ,en las dislintas
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I
IN VESTIGA CION
pentosas a furfural puede observarse en la figura 3. A concentraciones altas de acido, la degradaci6n es mayor y depende menos del tiempo de ataque. A concentraciones bajas y tiempos de I hora, la degradaci6n es menor, pero aumenta mucho con el tiempo. Si se compara esta curva con su analoga de la figura I se observa que una fracci6n importante de pentosanas , se hidroliza en condiciones suaves, 10 que explica su transformaci6n en furfural, al aumentar la intensid ad del ataque.
Las cantidades de azucares fermentables (hexosas) obtenibles , as! co mo las de HMF , se puede observar en la figura 4a.
Los valo res son bastante bajos, no lIegando en ningun caso a rendimientos mayores del 3 % r.m.s.i. en hexosas y del
2 % en HMF. Con 2 % de acido Ja libe
raci6n de hexosas es muy pequena, y no yarra con el t iem po. A med ida que la concentraci6n de acido aumenta, los valore s aumentan ligeramente, alcanzandose los maxi mos con ac ido al 6 %. En todos los casos, a partir de las 3 horas de trata·
Tabla [
RESULTADOS OBTENIDOS CON LAS CONDICIONES SELECCIONADASPARA CAD A MATE
RIAL DEL GRUPO " AZUCARADO"
Analisis(2)
I. Pento sa nas en residuo extraccion aeuosa(3) 2. Reductores totales en el extracto. 3. Red ll ctores no fermentables en el extracto 4 . Azucares no fermentables en el extracto . 5 . Furfural libre en el extracto 6. HMF libre en e l extracto. 7. Azucares totales en el extracto, 2 - (5 + 6).
8. Azu cares no fermentables en el extr., 3 - (5 +6) 9. Furfural total producido ..
10. Pentosas reales en el extrac to . II. Pentosas hidrolizadas, (1-14) . 12. S61idos totales extraidos.. 13. Compuestos no reductores extraidos . 14 . Pentosanas en residuo preilidr61isis . 15 . Reductores potenciales en res. prehidr.
Crilerios de selecci6n :
a) Pento sas reales en cl extracto/pentosas hidroliz b) Az. no fermentables/az. totates c) HexosasAhexosas +HMF) d) Porcentaje de pentosanas hidrolizadas.
Tallos de ma lz Ta\los de m3 iz Ta\los de sorgo Funk's(l) saca rino (1) dll\cc(l)
15'8 ±O'I 16'1 ± O' J 14 '0 ±0'7 12'3 ±0'3 12 '6 ± 0'2 [5 '5 ±O'I 10'8 "± 0'2 9'8 ± 0'2 9'6 ± 0'1
t '5 ± 0'2 2'8 ±O'I 6'0 ± 0'2 0'54 ± 0'03 0'60 ± 0 '03 1'93 ±0'03 0'78 ± 0'03 0'7 9 ± 0'03 0'14 ±O'02
II '0 ± 0'3 II '2 ± 0'2 13'5 ± 0'1 9'5 ±O 'I 8' 4 ± 0'1 7'5 ±O'I 3'6 ±0 ' 1 3 '5 ± 0'1 1 '33 ±O'OI 8'3 ±O'I 7'4 ±0'1 6'57 ± 0'02
14 '6 ±0' 1 13'5 ± 0'1 8'9 ± 0'4 19'5 ±0'2 22'6 ±O'I 17'4 ± 0'3
1'4 ±0'2 4'4 ±0'2 1'5 ± 0'5 1'2 ± 0'1 2'6 ±O'I 5' I ±0 '4
32'5 ± 0'3 24 '8 ±0'4 21 '3 ±0'4
0'57 0'55· 0'74 0'86 0'7 5 0'56 0'66 0'78 0'9 8
92'3 84'1 63'6
(1) Condiciones seleccionadas: Tallos mafz Funk's, var. G-5050, 9 ok:" 1 h; lallos mafz Sacarino, var. E-41, 9 ok:" 1 h; tallos sorgo dulce, var. Wray, 6 ok:" 4 h.
(2) Ver apartado 2.4. Los analisis nums. 2,3,4,5,6,7,8 y 15 se dan como glucosa; los nums. 1, 10, 11 y 14 como xilosa; el 9 como furfural, y el12 y 13, Como s6lidos respecto a m ateria seca inicial. Los valores son medja de 6 analisis y se acompaiian del intervalo de confianza (a un nivel de significaci6n del 5 0k:,). Se efectuan 2 o peraciones de prehidr6lisis y 3 determinaciones en cada una. (3) Ver Garda y Primo (1986).
310 Rev. Agroquim. Tecno!. Aliment., 27(2), 1987
mien to se produce un desccnsl debido al importante aumcnto maci6n de HMF (figura 4b).
Graficas analogas a cst as ~
ten ido para todos los mater diados (Garcia Breijo, 19):;5 ).
los criterios de selecci6n II I
dos obtenidos con todos los de este grupo y con totlas las c nes de tiempo y concentraci(i
ensayados, se elige n las meJore nes para cada uno de elias. Es can en la tabla I. Para el tall Funk's, las mejores condiciol' que emplean acido al 9 °6 y I tamiento. Con ellas sc hitlroliz de las pentosanas existcntcs i en el residuo de la extracci6n 40 %, aproximadamente, de
nas inicia!e's, se obtienon cou
3.2. Grupo "Pentosanico-(el
Dentro de este grupo , sot sus rendimientos en pentosal zadas los zuros de ma{z Funk's, y los zuros de ma{z Sacarino En las figuras 5 a 8 se represent
tados obtenidos con los ZUH
Funk's, var. G-5050. Los valores de pentosana
duo de hidr6lisis se mucstran ra 5. Se observa que, aun c ciones mas energicas (9 %, 4 manece , aproximadamente , U
sin hidrolizar. La "extraccit mucho de la concentraci6n el tiempo influye tambicn e traciones mas altas (ver dirc
figura 1) . Los re :mltados de pcnto
el extra cto se represen tan c
Rev. Agroqufm. Tecno!. Aliment.,
- ----- --- - - - -
IS cantidades de azucares fermen
(hexosas) obtenibles, as( como las F, se puede observar en la Figura 4a.
llores son bastante bajos, no lleen ningun caso a rendimientos madel 3 % Lm.s.i. en hexosas y del
n J-1MF . Con 2 % de acido Ja libe
de hcxosas es muy pequei'ia, y no ;on 01 tiempo. A medida que la tracit'm de acido aumen ta, los vaUlllcntan ligeramentc , aJcanzandose ~illlos con acido al 6 %. En todos )S, a partir de las 3 horas de trata
!LECCIONADASPARA CADA MATERADO"
c maiz Ta llos dc maiz Tallos de sorgo's(1 ) sacarino (1) dulcc(l)
t 0'1 16' 1 ± 0'1 14'0 ± 0'7 : 0'3 12'6 ± 0'2 15'5 ± 0'1 : 0'2 9'8 ± 0'2 9'6 ± 0'1 : 0'2 2'8 ± O'J 6'0 ± 0'2 : 0'03 0'60 ± 0'03 J '93 ± 0'03 . 0'03 0'79 ± 0'03 0' 14 ± 0'02 : 0'3 11 '2 ± 0'2 13'5 ± 0'1 0'1 8'4 ± 0'1 7'5 ± 0'1 0'1 3'5 ± 0'1 ] '33 ± 0'01 0'] 7'4 ± 0'1 6'57 ± 0'02 0'1 13'5 ±O'J 8'9 ± 0'4 0'2 22'6 ± 0'1 17'4 ± 0'3 0'2 4'4 ± 0'2 1'5 ± 0'5 0'1 2'6 ±0'1 5'1 ± 0'4 0'3 24'8 ± 0'4 21 '3 ± 0'4
0'55· 0'74 6 0'75 0'56 6 0'78 0'98
84'1 63'6
.0, 9 °h, 1 h ~ tallos rna (z Sacarino. var.
e dan Como glucosa; los nums. 1. 10. 11 .5 respecto a rna teria seca inicial. Los vaonfianza (a un nive! de signifieaei6n de! ) nes en cada una.
,oquim. Teena!. Aliment., 27(2), 1987
miento se produce un descenso. Esto es
debido al importante aumento en la formaci6n de HMF (figura 4b).
Graficas analogas a estas se han obtcnido para todos los materiales estudiados (GarcIa Breijo, 1985). ApJicando los criterios de selecci6n a los resultados obtenidos con todos los materiales de este grupo y con todas las combinaciones de tiempo y concentraci6n de acido ensayados, se eligen las mejores condiciones para cada uno de ellos. Estas se indican en la tabla I. Para el tallo de ma(z Funk's, las mejores condiciones son las que emplean acido al 9 0 y I hora de tratamiento. Con elias se hidroJiza un 92 % de las pentosanas existentes inicialmente en el residuo de la extracci6n acuosa. Un 40 %, aproximadamente, de las pentosanas iniciales, se obtjenen como furfural.
3.2. Grupo "Pentosanico-CeluI6sico"
Dentro de este grupo, sobresalen por sus rendimientos en pentosanas hidroli
zadas los zuros de ma(z Funk's,var. G-5050 y los zuros de mail Sa carino , val'. E41. En las figuras 5 a 8 se representan los resultados obtenidos con los zuros de ma(z Funk's, val'. G-5050.
Los valores de pentosanas en el residuo de hidr6lisis se muestran en la figura 5. Se observa que, aun con las condiciones mas energicas (9 %, 4 horas), permanece, aproximadamente, un 4 % r.m.s.i. sin hidrolizar. La extracci6n depende mucho de la concentraci6n de acido y el tiempo influye tam bien en las concentraciones mas altas (vel' diferencia con la Figura I).
Los resultados de pen tosas reales en el extracto se representan en la Figura 6.
Rev. Agraqu(m. Teena!. Aliment., 27(2), 1987
fNVESTfGACION
Concentraciones altas de acido (6 y 9 %) y tiempo cortos (1 hora) .dan rendimientos similares a los obtenidos con concentraciones bajas y tiempos largos. El tiempo influye mas con las concentraciones bajas de <fcido, pero todavia influye con el 9 % y tiempos cortos (ver diferencia con la figura 2).
La transformaci6n en furfural (figura 7) es menor con los zuros de maiz y es muy dependiente del tiempo con concentraciones altas y tiempos entre 2 y 4 horas, 10 que se corresponde con las pendientes que muestra la Figura 6. Esto significa que a concentraciones altas de acido aumentan poco los rendimientos en xilosa, a partir de las 2 horas, pOI' el aumento en la prod ucci6n de furfural.
La proporci6n de azucares fermentables (hexosas) extra(dos (figura 8a) esta muy influenciada por su transfor
maci6n en HM F, que a su vez, esta muy afectada poria concentraci6n de acido. As(, la mayor cantidad de hexosas se obtiene con 2 % de acido y 4 horas, con un
aumento drastico entre las 3 y 4 horas, 10 que se corresponde con la horizontalidad de la lInea del 2 % en la grafica 8b. En cambio, con las concentraciones de acido mas altas, las hexosas en el caldo, disminuyen con el tiempo de ataque y la transformaci6n a HMF aumenta.
. Graficas analogas se han obtenido para todos los residuos estudiados (Garcia Breijo, 1985), y en la tabla II se indican las mejores condiciones encontradas y sus resultados, al aplicar los criterios de selecci6n a los datos obtenidos con los materiales de este grupo. En general, estos materiales contienen una mayor cantidad de pentosanas en residuo que los del grupo "azucarado" .
311
l
'
- 14 ~
E 13
12
11
10
9
8
~
6
5
4
3
0 2 3 4
{ 9 (horas)
5 . Pentosanas en el residuo de preh idr6 lisis .
Cone. acido (%)
~-_ -2----t._
6 ----i:-g
Cone. lIcido (%)
3
0~--~~--~-----+3-----4~--~
to (horas)
7 . Furfura l to ta l producido .
Figs. 5 a S.-Resultados de la prehidr6lisis de zu ros' de maiz Funk's , var. G-5050 en las di stintas co ndiciones de _co nce ntrac i6n de acido (2, 4, 6 y 9 0/0) y tiempo (1 a 4 horas) ensayadas.
312
- 26.; E 25 /-t------- f ------ :~ 1': 24 f--- _----t-It23
22 - 2 21
20 Cone. ~eido (%)19
18
17
16
15
14
0 2 3 4
( !'! (horas)
6 . Pentosas reales en el extracto.
,"t-2
,I ,
- 6
,-9, .J..
6
Conc. ~c jdo ('ru)
OL-----~----~2----~3~----~--~
l Q (horas)
8a . Azucares fermentables e n e l extracto.
.:; Cone. uddo (O,b)E
I' (ho ras )
8b . Hidro ximet ilfurfura l libre en el extracto .
Rev. Agroqu{m. Tecno!. Aliment., 27(2),1987
RESULTADOS OBTENIDOS CON I.: RIAL DE L GR
Analisis(2)
I . Pcn tosa naS e n n:sid . extr. , euma(3
2. Rcd ll c torcs to talcs en el cxt ractO. 3. Rcd Uclo rcs no ['e rment. en cI ex tra 4. Al.licarcs fermen tables en el e :l. tral't 5. furfu rallibrc e n cI cx tracto . 6. HM f Iibre e n el ex tra cto. 7. J\zllca res totales en e l ex t .. 2 () 8 . Azue. no ferm . en el ext. , 3 - (5 l). Furfural tota l prod ucido.
10 . Pcntosas r eaic~ en el ex tracto . II. Pcntosas hidro lizada, (1-14) .
12 . Solidos totaics cx traidos. 13. Compuestos no redm:torcs c:l. traid 14. Pentosa nas en res iduo prehidrolisi 15 . Redll ctorcs pot e n c i a le~ en res. pre
Crilcrios de seleccion:
J) Pentos.-is reales en cI ex tr./ rentos:!' b) Az . no fe nnentablcs /az. totales c) I-lexosasj(hexosas + HMF) d) Po rce ntaje de pe ntosanas hidroliza
(1) Condiciones seleccionad oas: zur paja de arroz, var . Bah{a, 9 oj, . 3 h; s (2) Ver apartado 2.4 . Los an:Uisis n '
y 14 como xilosa; e1 9, como furhl de 6 analisis y se acompanan del intll
2 opcracio n es de prehidrolisis Y 3 de (3) Ver Garcia y primo (1986) .
Con los zuros de malz F
malz sacarino, las mejores con~ contradas so n las que emplca 9 % Y 1 hora de tratamientu
condiciones se hidroLiza un 8C pentosanas existentcs inicialmer siduo de la extracci6n acuosa.l.i ap roximadamente de las pento
das se transfo rma en furfural.
3.3 . Fermentaci6n de los caldl dr61isis
En las pruebas de fermen1
Rev. Agroqufm . Tecno!. Aliment., ~
,~ -6 ~ _-----f------ -9
f'-''' ,_+-4
/,,~------~-2
,/
t" Cone. acido (%) I
Tabla II
RESULTADOS OBTENIDOS CON LAS CONDICIONES SELECCIONADAS PARA CADA MATE
RIAL DEL GRUPO "PENTOSANICO-CELULOSICO"
Zuros de maiz Zuros de maiz Paja de arroz Sarmiento An,ili sis (2)
I. Pcntosanas en resid. extr. acuosa(3) 2. Reductorcs tot;l lcs en cl cxtracto. 3. Rcductor c:s no ferm ent. en el cxtracto. 4 . Azu carcs fer rnentab les en el cxtracto
. Furfurallibre e n el ~xt racto .
6. HMf librc en el cxt racto . 7 . AZlkarcs totales cn e l ext .. 2 - (5 + 6) 8. A ;lJJc. no ferm. en cl ext., 3 - (5 + 6) .
9. I:urfural total producid o. 10. Pcntosas rcales en eI extracto .
sacarino(l)
33'3±1'1 30'3 ± 0'1 22'5 ±O'I
7'8 ± 0'1 1'8 ± 0'1 0'4 ±0'1
28'0 ± 0'2 20'0 ± 0'2
3'8 ± 0'1 19'9 ±O'I
Funk's(1 )
34'6 ± 1'6 33'2 ± 0'1 26'0 ± 0'2
7'2 ± 0'2 1'93 ± 0 '03 0'36 ± 0'0 1
30'9 ± 0'1 23'7 ± 0'2
2'3 ±O'I 23'2 ± 0'1
var. Bah ia (1)
17'6 ±0'7 19'2 ± 0'5 IS '5 ±0'4 36 ±0'3 1'0 ± 0'1 1'6 ±0'4
16'6 ± 0'2 12'9 ± 0'2 0'83 ± 0'04
10'4 ± 0'2
var. Bobal (1)
22'9 ± 2'5 17'1 ± 1'8 10'0 ± 1'0 7'1 ±0'9 0'85 ± 0 '03 0'95 ± 0 '04
15'3 ± 1'0 8'2 ±0 '5 4'1 ±0'3 7'2 ±0'53 4
t !l fhorasJ
6. Pentosas reales en el extracto.
j j-9k --~- J'... .,...--, --"- ..I.. ,
-~ "-,.;.,-,-..
Cone. iic 1<10 ('Yo )
3 4
-6,-,- ,T"..." l. /
t Q (horas)
ucares ferrnen tables en el ex tracto .
Cone. acido (%)
-6
2 3 4
t Q (horas)
ximetilfurfural libre en el extracto .
>quim. Tecno!. Aliment., 27(2), 1987
11. PClltosas hidrolizadas (1.)4).. 26'6 ±O'I 27'2 ± 0'1 II '8 ±0'2 14'5 ±]'5 12 . S6lidos tot ales extraidos. 35'1 ±0'2 35'3 ± 0'3 27'2 ± 0'6 24 '1 ± 1'1 13. Compuestos no reductores ex traidos. 7'6 ±0'2 0'51 ± 0'03 14 . Pcnto sana s en res iduo preJ.lidrolisis .. 6'7 ±O'I 7'4 ± 0'1 5'8 ±0'2 8'4 ± 0'5 15. Rcductores potenciales en res. prchidr. 43'8 ± 0'1 45 '0 ± 0'2 37'0 ±0'3 35'9 ± 3'6
Critcrios de seleccion :
<I) PC.ntosa·s realcs en e l extr./pcntosas hidr. 0'75 0'85 0'88 0'50 b) Az . no fcrmcntabks /az. totales 0'72 0'77 0'78 0'54 c) Ilcxosas/( hexosa s +HMF) 0'95 0'95 0'69 0 '88
d ) Porccntaje Je pentosanas hidrolizad as. 79'8 78'5 67'0 . 63'3
(1) Condiciones seleccionadoas: zuros de ma(z Sacarino, vax. E-41 y Funk's, var. G-5050, 9 °b, 1 h; paja de anoz , vax. Bahia', 9 °b. 3 h; sarmiento var. Bobal, 9 °b, 2 h. (2) Ver apiUtado 2.4. Los anilisis nums. 2, 3,4,5,6,7,8 y 15 se dan como glucosa;los nums.1, 10, 11 Y 14 como xilosa; el 9, como furfural, y el 12 y 13 como s6lidos respecto m.s.i. Los val ores son media de 6 amilisis y se acompafian del intervalo de confianza (a un nivel de signiiicaci6n del 5 °b ). Se efectuan 2 operaciones de prehidr6lisis y 3 determinaciones en cada una. (3) Ver Garcia y Primo (1986).
Con los zuros de malz Funk's y de zadas sobre los caldos de la prehidr6lisis, rna IZ sacarino, las mejores condiciones en los rendimientos han. sido mucho menocontradas son las que emplean acido al res que los obtenidos con los caldos de 9 % y 1 hora de tratamiento. En estas la extracci6n acuosa (Garcia y Primo , cond iciones se hidroliza un 80 % de las 1986) , debido a la gran abundancia de penpentosanas existentes inicialmente en eJ re tosas y furfural libres en los mismos. Los siduo de Ja extracci6n acuosa. Un 15-25 %, rendimientos oscilan entre un 40-45 % aproximadamente de las pentosanas extral (sobre hexosas en el caldo) a las 24 horas das se transforma en furfural. y apenas superan el 50-55 % a las 48 horas
(GarcIa BreijO , 1985). 3.3 . Fermentacion de los caldos de prehi
drolisis DlSCUSION'
En las pruebas de fermentaci6n reali- EI tratamiento de prehidr6lisis es muy
Rev. Agroquim. Tecno!. Aliment., 27(2), 1987 313
I
.
j
IN VESTIGA CION
interesante en los materiales ricos en pen
tosanas, ya que, ademas de permitir la obtenci6n de pentosas y furfural, facilita el posterior ataque a la celulosa. Con ello se
producen caldos ricos en xHosa, cuya utilizaci6n por vIas qUlmicas para la obten
ci6n de intermediarios qu[micos, puede ser
mas rentable que la fermentaci6n alcoh6
lica. Los materiales est udiados que mas
pentosanas contienen son los . zUros de
malz (por encima del 30 % r.m.s .i.); los
demas contienen entre un 14 % (sorgo dulce) y un 23 % (sarmiento). Las pen
tosanas presfi!ntan rliferente resistencia a la
hidr6lisis en los distintos materiales, y las
pentosanas residuales en las condiciones
mas energicas ensayadas son un indice de
la resistencia de las mismas. En los tallos
de malz de ambas variedades este valor no
supera el 4 % de las iniciales. En los zuros son mas resistentes y aun permanecen en el residuo cerca del 12 % de las iniciales. En el sorgo dulce y la paja de arroz, las pentosanas son muy resistentes existiendo,
aproximadarnente, un 30 % de las mismas que resisten las condiciones mas energicas.
Con las condiciones seleccionadas para
cada material (ver tablas I y II), los valores de pentosanas que aun permanecen en el
residuo son algo mayores . En los tallos de maiz de ambas variedades este valor os
cila entre el 8 % (Funk's) y el 16 % (Sacarino) de las iniciales. En los zuros, per
manecen aun un 20 % de las iniciales. En el sorgo dulce y la paja de arroz todavla
permanecen sin hidrolizar un 33-36 % de
las iniciales. Las pentosanas mas resistentes se encuentran en el sarmiento, donde
con las condiciones seleccionadas aun que
dan en el residuo un 40 % de las iniciales sin hidrolizar.
Las condiciones mas adecuadas se elegiran, en cada caso, en funci6n de la finalidad del proceso y de la aplicaci6n pre
vista de los hidrolizados. Hay una relaci6n entre la heterogenei
dad de las fracciones pentosanicas y la transformaci6n a furfural de una parte de
las pentosas hidrolizadas. Comparando las
figuras I, 2,5 Y 6 se observa que en algunos materiales, una parte de las pentosanas
se hidroliza con las condiciones mas suayes, mientras que el resto necesita de tra
tamientos mas energicos y con ellos se pro
duce una importante transformaci6n a fur
fural de las pentosas ya extraldas; este es
el caso de los tallos de malz y del sarmien
to. Las pentosanas de otros residuos se hi
drolizan conjuntamente cuando se alc'anzan
las condiciones necesarias, por 10 que la
transformaci6n a furfural no es muy ele
vada . Tal es el caso del sorgo dulce y de la paja de arroz . En estos casos hay una fracci6n muy resistente que permanece en elresiduo tras la prehidr61isis (por encima del 30 % de las iniciales) . En los zuros de malz, una parte de las pentosanas son poco resistentes , extrayendose facilmen te
cerca del 60 % de las mismas con las condiciones suaves . EI resto se hidroJiza
gradualmente, siendo la transformaci6n a
furfural del orden del 25 % en las condiciones mas drastlcas empleadas.
Parte del furfural producido se eva
pora durante el proceso de prehidr61isis
y se puede recuperar condensando los vapores; otra parte queda disuelta en el li
quido de prehidr6lisis.
Los zuros de mat'z, el sarmiento y el
sorgo dulce son relativamente ricos en
hexosanas facilmente hidrolizables (por
encima del 6 % r.m .s .i.), cuyos azucares
aparecen, junto a las pentosas, en los
Rev. Agroqufm. Teeno!. Aliment.. 27(2),1987
-----------~----
caldos de prehidrl)lisis. Por e~
aprovechamiento de estas fn
!lcrt'a hacerse por una ferme r ta con Pacllyso!en y levaduras
una fase fermentativa de he~
de recuperacion quimica de En general , ('stas hexosas se e mente en condiciones, suaves
su mayor 0 menur transforma(
depended de las condicione
para hidrolizar las pentosanas. A partir de los datos obt
los reslduos mas intercsantel que , co n las l1lejores condici
das. una tonelada de !Uros de
var. G-5050, rendiria unos ~
'10 sa , y una tonelada de zuro) carino, var. E4 1, permitiria1
~O() kg de xilosa. [ sto cquiva \a produccion por hect<irea S(
toneladas y de 1.990 tonelad
respectivamcntc, adcmas de II dades importantes de fu rfur
casos (190 Tm/lla y 380 Tn
tivamente).
AGRADECIMIENT
Queremos agradcecr a
J. L. l3Ianeo , C. U,pcz y D. C
rreda su colaboraci6n en c habernos suministrado las
mas est ud iadas en el mislJII
agradeccmos a la CAICYT y
Ahorros de Valencia el ha nado esta investigaei6n.
BIBLIOGRAFI
AO AC (Association 01' Official mists) . OJ(icial Methods Hcrwitz. ed .. 10 ed. (1965).
Rev. Agroqufm . Tecnol. Alimen 314
~s condiciones mas adecuadas se eleIen cada caso, en funci6n de la finadel proceso y de la aplicaci6n pree los hidrolizados.
lay una rclacion entre la heterogeneiie las fracciones pentos,inica s y la ormaci6n a furfural de una parte de
ntosas hidrolizadas. Comparando las , 1, 2,5 y 6 se observa que en alguateriales, una parte de las pentosandS
roliL1 con las condiciones mas sualientras que el resto necesita de tralias mas energicos y con eJlos se proma importanle transformaci6n a furIe las pentosas ya extra{das; este es
I de los tallos de ma{z y del sarmienspentosanas de otros residuos se hinconjuntamente cuando se a1c'anzan ~diciones necesarias , por 10 que la 'rmacion a furfural no es muy eleral es el caso del sorgo dulce y de
de arroz. En estos casos hay una n muy resistente que permanece en .uo tras In prehidr61isis (por encima
%de las iniciales). En los zuros l, una parte de las pentosanas son !sistentes, extrayendose facilmen te leI 60 % de las mismas con las ~nes suaves. El resto se hidroliza nente, siendo la transformaci6n a del orden del 25 % en las condi-
IIlis drasticas empleadas.
te del furfural producido se evaIrante el proccso de prehidr6lisis ~de recuperar CClndensando los valira parte queda disuelta en el l{
! prehidr(\lisis.
zuros de ma{z, el sarmiento y el ulce son relativamente ricos en IS facilrnente hidrolizables (por iel 6 % r.m.sj.), cuyos azucares . junto a las pentosas, en los
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c<lldos LIe prehidr6lisis. Por esta raz6n, el apruvechamiento de estas fracciones dehcr{a hacerse por una fermentaci6n mix1;1 con Pachysolen y levaduras 0 mediante und fase fermenlativa de hexosas y .otra de recuperaci6n qu{mica de las pentosas. Ell general. estas hexosas se extraen faei/mente en condiciones · suaves, por 10 que su mdyor 0 menor transformaci6n en HMF dependerd de las condiciones emplcadas
para hidrolizar las pentosanas. A partir de los datos obtenidos sobre
ios residuos mas interesantes, se deduce que , con las mejores condiciones ensayadas . una tonelada de zuros de ma{z Funk's,
var. G-5050, rendir{a unos 230 kg de xi lo~a , y una tonelada de zuros de ma{z Sacarino, var. E41, permitir{a obtener unos ~OO kg de xilosa. Esto equivale a decir que la producci6n por hectarea ser{a de 1.930 toneladas y de 1.990 toneladas de xilosa, rcspectivamente, ademas de obtener cantidades importantes de furfural en ambos
casos (190 Tm/Ha y 380 Tm/ Ha, respectivamente).
AGRADECLMIENTOS
Queremos agradecer a los doctores J. L. Blanco, C. Lopez yD. Gomez de Barreda su colaboracion en este trabajo al habernos suministrado las materias prima s estudiadas en el mismo . Asimismo ,
agradecemos a Ja CAICYT y a la Caja de Ahorros de Valencia el haber subvencionado esta investigacion.
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