Гидротермальная переработка как альтернатива для валоризации шелухи какао (Theobroma cacao) в Сантандере в соответствии с концепцией биопереработки
Hydrothermal Processing as an Alternative for the Valorization of Cocoa Husks (Theobroma cacao) in Santander According to the Biorefinery Concept
Herrera Rincón, Marialejandra, Rojas Patiño, Yessica Paola
Аннотация (перевод)
В Колумбии ежегодно производится более 70 тысяч тонн какао, при этом полезные бобы составляют всего 11% плода. Шелуха, которая в настоящее время является сельскохозяйственным отходом, составляет от 70 до 75% от общей массы. Ее высокое содержание редуцирующих сахаров делает ее представляющим интерес отходом в качестве потенциального источника сахаров C6 и C5. Однако из-за высокого содержания лигнина для ее использования необходимо применять предварительную обработку. Этот исследовательский проект направлен на определение условий, способствующих фракционированию шелухи какао на ее основные соединения (целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин) путем объединения процессов химической и физической конверсии (щелочной и гидротермальной). Для этого была охарактеризована шелуха какао CCN51 из Сантандера в соответствии с протоколом NREL/TP-510-42618, при этом ее процентный состав составил 39.35% экстрактивных веществ, 22.31% лигнина, 14.14% целлюлозы и 10.66% золы. Были проведены три различных варианта предварительной обработки (гидротермальная, гидротермально-щелочная и щелочно-гидротермальная) при 180°C и 8min для гидротермальной предварительной обработки и оптимизированных условиях щелочной предварительной обработки (концентрация NaOH 0.65% p/v, концентрация твердых веществ 11.27% p/v, при 117 °C в течение 1 h), в результате чего лучшим вариантом оказалась щелочно-гидротермальная предварительная обработка. Впоследствии был проведен эксперимент центрального композиционного плана, где оцениваемыми независимыми переменными были время (5 – 10 min) и температура (165 – 185 °C) относительно переменной отклика (редуцирующие сахара), и результаты были оптимизированы с помощью функции желательности. Для условий 189.14 °C и 3.96 min была получена наибольшая концентрация редуцирующих сахаров, высвобожденных в гидролизате (27.96 g/L). При этом выход предварительной обработки составил 0.61 g редуцирующих сахаров/g сухой шелухи.БакалавриатИнженер-химикВ Колумбии производится более 70 тысяч тонн какао, при этом используемые бобы составляют всего 11% плода. Шелуха, которая в настоящее время является сельскохозяйственным отходом, составляет 70 - 75% от общей массы, и высокое содержание в ней редуцирующих сахаров делает ее представляющим интерес отходом в качестве потенциального источника сахаров C6 и C5. Однако из-за высокого содержания лигнина для ее использования необходимо применять предварительную обработку. Этот исследовательский проект направлен на определение условий, способствующих фракционированию оболочки какао на ее основные соединения (целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин) путем объединения процессов химической и физической конверсии (щелочной и гидротермальной). Для этой цели была охарактеризована шелуха плодов какао CCN51 из Сантандера по протоколу NREL/TP-510-42618 с получением процентного состава: 39.35% экстрактивных веществ, 22.31% лигнина, 14.14% целлюлозы и 10.66% золы. Три различных варианта предварительной обработки (гидротермальная, гидротермально-щелочная и щелочно-гидротермальная) проводились при 180°C и 8min для гидротермальной предварительной обработки. Таким образом, оптимизированные условия щелочной предварительной обработки (концентрация NaOH 0.65% w/v, концентрация твердых веществ 11.27% w/v, при 117 °C в течение 1 h) показали, что лучшей альтернативой является щелочно-гидротермальная предварительная обработка. Впоследствии был выполнен центральный композиционный план эксперимента, где оцениваемыми независимыми переменными были время (5 - 10 min) и температура (165 - 185 °C) по отношению к переменной отклика (редуцирующие сахара). Наконец, результаты были оптимизированы на основе функции желательности, где для условий 189. 14 °C и 3.96 min в жидкости была получена самая высокая концентрация редуцирующих сахаров, определившая наилучший вариант предварительной обработки (щелочно-гидротермальный), соответствующий концентрации 27.96 g/L. При этом выход предварительной обработки составил 0.61 g редуцирующих сахаров/ g сухой шелухи
Оригинальная аннотация
En Colombia se producen más de 70 mil toneladas de cacao anualmente, donde el grano aprovechable constituye tan sólo el 11% del fruto. La cáscara, que actualmente es un residuo agrícola, representa del 70 al 75% en peso total. Su alto contenido de azúcares reductores lo constituyen en un residuo de interés como potencial fuente de azúcares C6 y C5. Sin embargo, debido a su alto contenido de lignina es necesario aplicar pretratamientos para su aprovechamiento. Este proyecto de investigación tiene como fin determinar las condiciones que favorecen el fraccionamiento de la cáscara de cacao en sus compuestos fundamentales (celulosa, hemicelulosa y lignina) acoplando procesos de conversión química y física (alcalino e hidrotérmico). Para esto, se caracterizó la cáscara de cacao CCN51 proveniente de Santander siguiendo el protocolo NREL/TP-510-42618, siendo su composición porcentual de 39.35% de extractivos, 22.31% de lignina, 14.14% de celulosa, y 10.66% de ceniza. Se realizaron las tres diferentes alternativas de pretratamiento (hidrotérmico, hidrotérmico-alcalino y alcalino-hidrotérmico) a 180°C y 8min para el pretratamiento hidrotérmico y las condiciones optimizadas del pretratamiento alcalino (concentración de NaOH de 0.65% p/v, concentración de sólidos de 11.27% p/v, a 117 °C durante 1 h), resultando que la mejor alternativa es el pretratamiento alcalino-hidrotérmico. Posteriormente, se realizó un diseño experimental del tipo central compuesto, donde las variables independientes a evaluar fueron el tiempo (5 – 10 min) y la temperatura (165 – 185 °C) sobre la variable de respuesta (azúcares reductores), y se optimizaron los resultados a partir de la función deseabilidad. Para las condiciones de 189.14 °C y 3.96 min se obtuvo la mayor concentración de azúcares reductores liberados en el hidrolizado (27.96 g/L). Siendo el rendimiento del pretratamiento de 0.61 g azúcares reductores/g cáscara seca.PregradoIngeniero QuímicoMore than 70 thousand tons of cocoa are produced in Colombia, where the usable bean constitutes only 11% of the fruit. The husk, which is currently an agricultural residue, represents 70 - 75% of the total weight and, its high content of reducing sugars makes it an interesting residue as a potential source of C6 and C5 sugars. However, due to its high lignin content, it is necessary to apply pretreatments for its utilization. This research project aims to determine the conditions that favor the fractionation of the cocoa shell into its fundamental compounds (cellulose, hemicellulose and lignin) by coupling chemical and physical conversion processes (alkaline and hydrothermal). For this purpose, CCN51 cocoa pod husk from Santander were characterized following the NREL/TP-510-42618 protocol, obtaining percentage composition of 39.35% extractives, 22.31% lignin, 14.14% cellulose, and 10.66% ash. The three different pretreatment alternatives (hydrothermal, hydrothermal-alkali and alkaline-hydrothermal) were performed at 180°C and 8min for the hydrothermal pretreatment. Therefore, the optimized alkaline pretreatment conditions (a NaOH concentration of 0.65% w/v, solids concentration of 11.27% w/v, at 117 °C for 1 h), resulting that the best alternative is the alkaline-hydrothermal pretreatment. Subsequently, a central composite experimental design was performed, where the independent variables to be evaluated were time (5 - 10 min) and temperature (165 - 185 °C) on the response variable (reducing sugars). Finally, the results were optimized from the desirability function, where for the conditions of 189. 14 °C and 3.96 min, the highest concentration of reducing sugars were obtained in the liquid, resulting as the best pretreatment alternative (alkaline-hydrothermal) corresponding to a 27.96 g/L concentration. Being the pretreatment yield 0.61 g reducing sugars/ g dry shell
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/45c1be2e-a8ff-48b6-bf57-a57363afd1c6