Enzima celulasa (Aplicación al bioetanol)

Visión general de la química, acción y aplicación de enzimas celulasas para la mobtención de bioetanol a partir de materiales lignocelulósicos

1. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL INGENIERÍA QUÍMICA BIOQUÍMICA ENZIMA CELULASA Barba Miguel Flores David Herrera Pamela Maldonado Vanessa

2. 1. INTRODUCCIÓN La aplicación de las enzimas en los procesos industriales ha sido investigada ampliamente desde los años 50 y hoy en día muchas de las reacciones que usan catálisis biológicas tienen aplicación comercial. Actualmente, la mayor parte del mercado (65% de las ventas) corresponde a las preparaciones enzimáticas para aplicaciones industriales (detergentes, textiles, cuero, pulpas, papel y cuidado personal), seguido por las enzimas para el sector alimenticio con un 25% (fabricación de cerveza, vino y jugo, grasas y aceites, industrias de panificación) y las enzimas para productos de alimentación con un 10%. En el 2012, la última estimación del mercado global para la utilización de enzimas en la industria creció un 7%.

3. Figura 1. Ventas anuales de enzimas a nivel mundial

4. El punto de inicio del mercado de celulasas específicas correspondió a la comercialización por la compañía NOVO en 1985. Las celulasas , que son un grupo de enzimas que incluyen endoglucanasas que hidrolizan el polímero de celulosa y B- glucosidasas que rompen las unidades de celobiosa para liberar glucosa, se han convertido en el tercer grupo más grande de producción enzimática desde el inicio del siglo XXI.

5. Tradicionalmente las celulasas se han usado en:

6. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1. Celulasas industriales De todos los filamentos fungi investigados para la producción de celulosa, le mejora con éxito de cepas se ha posicionado con el género Trichoderma para la producción de degradantes de celulosas o enzimas modificadoras. Inicialmente , las celulosas industriales se obtenían de cepas de hongos aeróbicos de Tricoderma reesei , Tricoderma viride o Tricoderma lon­gibrachiatum , pero el potencial de la cepa Tricoderma . reesei QM6a emergió rápidamente debido a su superior efectividad. Esta cepa, descubierta en 1960, tiene la capacidad de producir glucósidos hidrolasas que permiten una completa y eficiente sacarificación de los polímeros de glucano naturales. En condiciones naturales el Tricoderma reseei secreta celulasas para convertir la celulosa en glucosa que se usa como energía y fuente de carbón.

7. 2.2. APLICACIONES DE LAS CELULASAS DE TRICODERMA EN LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL

8. 2. OBTENCIÓN INDUSTRIAL DE LA CELULASA 2.1 Panorama del mercado

9. 2.2 CELULASAS INDUSTRIALES

10. 2.3 OBTENCIÓN DE ENZIMAS CELULASAS POR FERMENTACIÓN SÓLIDA Preparación de la semilla de las cepas de hongos. 121 °C 22-24 °C Agua

11. Obtención de enzimas celulasas por fermentación sólida 121 °C 22-24 °C semilla Residuo banano

12. Extracción de enzimas 30 ml citrato EXTRACTO ENZIMÁTICO

13. Determinación de la actividad enzimática La actividad enzimática se reporta en UI

14. 2.4 LIMITACIONES DE LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL

15. 3. REACCIONES Y MECANISMOS CELULASAS HIDROLIZAR COMPLEJO ENZIMAS CELULOTICAS Endoglucanasas Exoglucanasas Celobiohidrolasas - G lucosidasas   3.1. Generalidades

16. 3. REACCIONES Y MECANISMOS CELOBIOHIDROLASA ENDOGLUCANASA EXOGLUCANASA ß-GLUCOSIDASA 3.2. Mecanismo de acción

17. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.3 SINERGÍA

18. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.4. Módulos de unión a carbohidratos (CBM)

19. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.4. Módulos de unión a carbohidratos (CBM)

20. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.5. Modelos del mecanismo de reacción Retención Inversión

21. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.6. Cinética

22. 4. APLICACIÓN DE LA TRICHODERMA CELULASAS EN LA INDUSTRIA DEL BIOETANOL

23. 4. 1 INTRODUCCIÓN La conversión de lignocelulosa Costo de etanol Prohibitivos gastos de inversión en materia prima vegetal

24. L as aplicaciones se han encontrado en la industria textil, alimentos, detergentes, las industrias de pulpa y papel.

25. 4.2 PROCESO Físicos Químicos Físico-químicos Biológicos Ácida Enzimática

26. 4.2.1 PRETRATAMIENTO BIOLÓGICO Disociar por completo la lignina –polisacáridos Celulosa reduzca grado de cristalinidad Ventajas No se requieren instalaciones ni equipos costosos Bajo requerimiento energético Condiciones ambientales positivas

27. 4.2.2 HIDROLISIS ENZIMÁTICA

28. 4.3 COSTOS Producción in situ Compra de enzimas externas como consumibles. A pesar de un precio relativamente barato , la lactosa es uno de los principales factores de costo en la producción de celulasas . Otro procedimiento posible opción con la producción in situ de las enzimas es el uso de todo el caldo de fermentación de T. reesei para cortar aguas abajo los costos de procesamiento . El DOE EE.UU. ( Departamento de EE.UU. de Energía ) estimó que el costo de la enzima debe estar por debajo $ 0.12 por galón de etanol para producir etanol lignocelulósico competitivo.