aprovechamiento de la semilla de mango y la cÁscara de …
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APROVECHAMIENTO DE LA SEMILLA DE MANGO Y LA CÁSCARA DE
BANANO EN LA OBTENCIÓN DE PRODUCTOS DE VALOR AGREGADO
Proyecto de Grado Presentado por
JULIÁN CAMILO RÍOS VARGAS
Presentado a
Universidad de los Andes
En cumplimiento de los requisitos para obtener el título de
INGENIERO QUÍMICO
ASESOR
M.Sc, Ph.D ROCIO SIERRA
COASESOR
M.Sc., DANIEL DURÁN
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTA D.C.
2019
Tabla de Contenido LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................................... 3
LISTA DE TABLAS ........................................................................................................................... 4
ABSTRACT ........................................................................................................................................ 5
RESUMEN .......................................................................................................................................... 6
OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 7
OBJETIVO GENERAL ...................................................................................................................... 7
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................................. 7
I INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 8
II METODOLOGÍA ......................................................................................................................... 14
Preparación de muestras para el análisis composicional ................................................................... 14
Sólidos totales ................................................................................................................................... 14
Contenido de Cenizas ........................................................................................................................ 14
Determinación de carbohidratos estructurales y lignina en la biomasa ............................................ 15
Recuperación de la lignina ................................................................................................................ 16
Extracción del aceite de la semilla de mango: .................................................................................. 17
Preparación de la digestión anaerobia ............................................................................................... 17
III RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................. 20
Recuperación de lignina .................................................................................................................... 20
Extracción aceite semilla de mango .................................................................................................. 23
Digestión Anaerobia- Producción de biogás ..................................................................................... 24
Sólidos Totales y Sólidos Volátiles ................................................................................................... 24
IV CONCLUSIONES ................................................................................................................... 32
REFERENCIAS ................................................................................................................................ 34
ANEXOS........................................................................................................................................... 38
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Montaje digestión anaerobia. Fuente: Duran, 2018 .......................................................... 19
Figura 2. Comparación de Producción de Biogás Acumulada ........................................................... 25
Figura 3. Resultados del ajuste de Gompertz ................................................................................... 26
Figura 4. Resultados del ajuste de primer orden .............................................................................. 27
Figura 5. Comparación de productividad .......................................................................................... 29
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Medio de cultivo digestión anaerobia. Fuente: Pham, et al,, 2013 ...................................... 18
Tabla 2. Cálculo de producción de metano teórica ........................................................................... 21
Tabla 3. Potencial bioquímico de metano teórico del residuo líquido de la filtración ...................... 22
Tabla 4. Sólidos totales y volátiles de las muestras estudiadas ........................................................ 24
Tabla 5. Resultados modelo de ajuste de Gompertz. ........................................................................ 27
Tabla 6. Resultados modelo de ajuste de primer orden ..................................................................... 28
Tabla 7. Cálculo de biodegradabilidad .............................................................................................. 31
ABSTRACT The present study covers the lignin isolation and quantification from banana peels by means
of an acid hydrolysis process. Moreover, the study analyzes, quantifies and compares the
biogas production from mango seed, having in the first case the mango seed without any
previous oil extraction treatment, and in the other hand the seed after a previous oil extraction
treatment, through a supercritical carbon dioxide extraction. Biogas production was carried
out via anaerobic digestion, having pig manure as inoculum, and taking into account that the
operational conditions were the same described in the VDI 4630 protocol. The study aim is
to provide guidance about the procurement of value-added products (e.g. biogas and mango
seed oil) through the byproducts of some processes, considering that many products after his
apparently useful life often represent an environmental problem in terms of non-utilization
and disposal of these. In this way, the lignin recovered was around of 17.8 ± 1.17%
according to the initial mass sample. Regarding the comparison in the biogas production, it
was obtained an accumulated quantity of 554 ± 11.0 mL/gVS and 759 ± 4.00 mL/gVS for
the mango seed and for the mango seed oil free. The above allows to affirm that the biogas
production from the seed with the previous oil extraction has a significant higher performance
comparing the mango seed without a pretreatment.
Keywords: Utilization, Biogas, Mango seed oil, Lignocellulose Components, Anaerobic Digestion
RESUMEN El presente estudio expone la cuantificación de la lignina extraída a partir de la cáscara de
banano por medio de un proceso de hidrólisis ácida. Por otra parte, se cuantifica y se compara
la producción de biogás a partir de la semilla de mango, en primer lugar, sin ningún
tratamiento previo de extracción del aceite presente en la semilla de mango y, por otra parte,
con la semilla de mango posterior a un proceso de extracción del aceite. Este último realizado
por medio de la extracción supercrítica con dióxido de carbono. Por su parte, la producción
de biogás se llevó a cabo por medio de un proceso de digestión anaerobia, que incluyó como
inóculo el estiércol de porcino, y de acuerdo a las condiciones operacionales establecidas por
el protocolo alemán VDI 4630. Este estudio pretende dar una orientación en cuanto a la
obtención de productos de valor agregado (tales como el biogás y el aceite de la semilla de
mango) a través de los subproductos secundarios, y contrarrestando una problemática
ambiental en cuanto al no aprovechamiento y la disposición final de los residuos sólidos
orgánicos. De esta forma, la lignina recuperada en términos porcentuales estuvo alrededor de
17,8 ± 1,17%. En cuanto a la comparación en la producción de biogás se obtuvo una
producción acumulada de 554 ± 11,0 mL/gSV y de 759 ± 4,00 mL/gSV para la semilla de
mango con aceite y para la semilla de mango libre de aceite, respectivamente. Lo anterior
permite señalar que la producción de biogás a partir de la semilla de mango con extracción
previa tiene un rendimiento significativamente más alto que la semilla de mango sin ningún
pretratamiento.
Palabras clave: Aprovechamiento, Biogás, Aceite de Mango, Componentes lignocelulósicos,
Digestión Anaerobia
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL Determinar el potencial de aprovechamiento de la semilla de mango y la cáscara de banano
en la obtención de productos de valor agregado.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ● Cuantificar la lignina insoluble presente en la cáscara de banano por medio de un tratamiento
de hidrólisis ácida.
● Comparar el rendimiento de la producción de biogás, teniendo como sustratos la semilla de
mango y la semilla de mango libre de aceite.
I INTRODUCCIÓN La gestión integral de residuos sólidos ha sido uno de los ejes fundamentales por los cuales
se ha estudiado el potencial de la biomasa para el aprovechamiento de esta misma. Lo
anterior, sumado a la preocupación sobre problemáticas ambientales a causa de un manejo
inadecuado de los residuos sólidos. Estos dos, han generado así, el interés por la búsqueda
de alternativas que permitan un mejor manejo de estos mismos (López, Quinto, Aguilar, &
Garibay, sf). El incremento en cuanto a los residuos de origen vegetal, dispuestos en los
rellenos sanitarios, es importante, puesto que estos compuestos cuentan con un alto valor de
biodegradabilidad, cuantificado a partir de un análisis de sólidos volátiles. Así pues, se
incluye toda aquella fracción orgánica de los residuos, que podrían efectivamente ser
utilizados como una fuente valiosa para la conversión de estos, en productos de valor
agregado con numerosas aplicaciones industriales. Muchos de estos procesos son mediados
por microorganismos, que permiten la degradación de estos mediante distintas rutas
metabólicas (Anjum, Arshad, Dawson, Khalid & Mahmood, 2011).
Como consecuencia de lo anterior, el desarrollo de la biotecnología ha sido uno de los
grandes avances de los últimos tiempos en la mayoría de países desarrollados. La principal
ventaja de este tipo de tecnología está basada en el procesamiento de la biomasa, donde la
mayor cantidad de esta proviene de la fracción vegetal, y, donde los constituyentes
mayoritarios de esta fracción corresponden a los componentes lignocelulósicos, los cuales
representan un significativo porcentaje de su masa total (Bagi, Kovács, & Strang, 2013). Es
así, como esta puede representar una alternativa en cuanto a su potencial de aprovechamiento
(Bagi, et al., 2013). De este modo, mediante microorganismos o enzimas, se pueden generar
productos o sub-productos de interés (Netrusov & Tsakelova, 2012), tales como el biogás o
un fertilizante orgánico (sub-producto de la digestión anaerobia). El biogás, por ejemplo,
puede ser aprovechado para la producción de energía eléctrica, que cuenta con poder
calorífico que oscila entre 4700 y 6000 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚3 (Netrusov & Tsakelova, 2012).
Uno de los productos provenientes de la biomasa y de mucho interés es el biogás, el cual se
compone de una mezcla de metano y dióxido de carbono (60 y 40% respectivamente), y que
varía dependiendo de factores del medio de producción tales como el sustrato, el inóculo, el
tipo de sistema utilizado entre otros. El biogás es generado mediante la degradación de
compuestos orgánicos complejos por parte de un grupo variado de microorganismos.
Históricamente, los combustibles fósiles han sido la fuente de energía principal alrededor del
mundo, no obstante, este tipo de combustibles han contribuido en gran medida a la
problemática asociada al calentamiento global (Uhuegbu & Onuorah, 2014). Es por esto que
la demanda de los combustibles fósiles (fuentes no renovables) ha ido en decaimiento en
numerosos países, en parte, debido a la búsqueda de recursos energéticos alternativos, que
estén incluidos dentro de los recursos renovables. Dentro de esta categoría se encuentra
incluida la biomasa la cual es vista como una gran alternativa para la sustitución de los
combustibles fósiles (Streffer, 2014), y que permite una reducción de la problemática
ambiental mencionada previamente. Adicionalmente, se espera que esta alternativa muestre
un crecimiento en economías emergentes y en países en vía de desarrollo, dado que en estas
aún se presenta un déficit en cuanto al uso de energías renovables (González Salazar, Morini,
Pinelli, Ruggero, Venturini, Finkenrath,& Poganietz,2014). Pese a lo anterior, no ha sido
posible tratar con una mayor rentabilidad los residuos sólidos como un sustrato completo,
debido a que el contenido lignocelulósico no ha logrado ser digerido de manera eficiente por
la estructura química de ciertos componentes que dependen del origen específico. Por esta
razón, es necesario identificar una mejor forma en la que sea posible aprovechar cada uno de
los componentes presentes en la biomasa.
Las cáscaras de banana son una muy buena fuente de lignina (6-12%), pectina (10-21%),
celulosa (7,6-9,6%) y hemicelulosa (6,4-9,4%), por lo cual representan una fuente potencial
de aprovechamiento de la biomasa (Mohapatra, Sutar, & Mishra, 2010). La lignina, por su
parte, es un biopolímero aromático que provee soporte estructural a la pared celular (Welker,
Balasubramanian, Petti, Mohan, De Bolt & Mendu, 2015). Esta ha sido incluida dentro de
campos como las emulsiones, los colorantes, las pinturas, entre otros (Hosur, Jeelani,
Nuruddin, Tcherbi-Narteh, & Watkins, 2014). De acuerdo al estudio realizado por Sánchez,
Balderas, Roa, Ureña, Orozco, Lugo & Cajero en el año 2014, la lignina representa un
porcentaje bajo en cuanto a su contenido en la mayoría de las frutas, al corresponder
aproximadamente a un 9,82 % en la cáscara de banano, y que, por ende, no debería tener
mayor afectación en la fermentación de este producto puesto que el contenido de
hemicelulosa y celulosa es considerablemente alto.
Por otra parte, el mango representa un mercado importante dentro del país, debido a la gran
variedad de estos. Mundialmente, también representa una popularidad alta debido a su alto
consumo, al ocupar el número 5 en el ranking mundial de la producción de acuerdo a la FAO
(Food and Agriculture Organization) (Jahurul, Zaidul, Norulaini, Sahena, Jaffri, & Omar,
2014), que incluye una producción y comercialización de 28,5 millones de toneladas métricas
anuales. No obstante, después de consumida, la semilla de esta fruta es comúnmente
descartada, y que, por consiguiente, incrementa la cantidad de residuos sólidos, da por
finalizada la vida útil de esta misma (Mas'ud, Mahendradatta, Laga, & Zainal, 2017), y, en
definitiva, pierde así el potencial que puede llegar a tener esta, siendo que puede llegar a ser
una fuente importante para la aplicación en distintas áreas (Tesfaye, 2017). De acuerdo a la
variedad del mango, la semilla puede representar entre un 10 y un 25% del peso total de la
fruta (Jahurul et al., 2014). De la semilla de mango, es posible separar un aceite, el cual ha
sido estudiado y utilizado en industrias de cosméticos para la fabricación de jabones, champú
y lociones, debido a que este ha sido considerado como una fuente excelente de compuestos
fenólicos (Kittiphoom & Sutasinee, 2013). Estos compuestos han sido usados en la industria
farmacéutica, y de alimentos, donde se tiene en cuenta para esta última, que el aceite actúa
de manera preventiva ante la oxidación de ciertos alimentos con una significativa cantidad
de líquido (Tunchaiyaphum, Eshtiaghi, & Yoswathana, 2013).
En relación a la producción de biogás, a partir de la semilla de mango la información es
escasa. A pesar de esto, esta alternativa de aprovechamiento del mango también es incluida
por el estudio realizado por Tesfaye en el año 2017, quien indica que, por una parte, para la
producción de biodiesel se pueden utilizar el contenido lipídico de este, y a través de una
transesterificación, poder obtener el biodiesel a través de los ácidos grasos. Por otra parte,
este afirma, que la producción de biogás es factible debido a las características fisicoquímicas
del mango, con un alto contenido de carbohidratos, que pueden ser reducidos a ácidos grasos
volátiles y finalmente a biogás.
Como ya se mencionó previamente, la producción de biogás se genera a partir de un proceso
denominado digestión anaerobia, en el cual los sustratos orgánicos son degradados en
ausencia de oxígeno (Gumisiriza, Funa, Okure & Hensel, 2017). Los microorganismos
utilizan los sustratos orgánicos y tienen la capacidad de degradar y consumir estos a lo largo
de 4 etapas: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis (Wang, Nges, Nistor, &
Liu, 2014) (Zhang, Hu, & Lee, 2016). En este proceso de degradación de materia orgánica,
grupos de bacterias anaerobias facultativas y anaerobias estrictas participan en este, de
acuerdo a tres grandes grupos tróficos que representan las etapas mencionadas previamente:
bacterias hidrolíticas, bacterias acetogénicas y bacterias metanogénicas (Castro, Escalante,
Quintero, Ortiz, & Guzmán, sf). En las primeras dos fases, los microorganismos
responsables crecen con una mayor velocidad, mientras que en las últimas dos este
rendimiento se ve mermado, y, por ende, alguna alteración en el medio afecta seriamente el
proceso (Torres & Pérez, 2010). Normalmente, la hidrólisis es considerada la etapa más
crítica durante toda la digestión, debido a que se necesita una buena asimilación del sustrato
por parte de las bacterias presentes.
Para la cuantificación del biogás producido existen diferentes métodos, mediante los cuales,
diversos estudios previos han identificado y aplicado estos. Los tres métodos que han sido
mayormente estudiados han sido el protocolo estándar alemán VDI 4630, el procedimiento
BMP (biomethane potential) o potencial de biometano, y el procedimiento propuesto por
Hansen (el método Hansen) (Pham, Triolo, Cu, Pedersen, & Sommer, 2013). Por otra parte,
el medio de nutrientes mayormente utilizado para llevar a cabo la digestión anaerobia está
basado en el mismo protocolo VDI 4630. Finalmente, para la cuantificación de biogás, los
métodos volumétricos y manométricos han sido los más utilizados durante el desarrollo del
test de potencial bioquímico de metano (BMP). Acorde a la configuración mediante la cual
se disponga la cuantificación del biogás producido, se debe utilizar un cromatógrafo de gases
para identificar la cantidad de metano producida, o, en otros casos, la cuantificación se
presenta directamente, puesto que puede utilizarse un medio alcalino (método volumétrico),
así como puede capturarse el dióxido de carbono previo a la lectura de la presión (método
manométrico) (Cárdenas-Cleves, Parra Orobio, Torres Lozada, & Vásquez Franco, 2016).
Dentro del método volumétrico existen 3 distintas configuraciones, mientras que para el
manométrico existen tan solo dos. El método volumétrico se caracteriza por no requerir
equipos sofisticados y por la simpleza en cuanto al montaje requerido. Este se basa en la
cuantificación del metano producido a partir del uso de una sustancia alcalina,
tradicionalmente, hidróxido de sodio o de potasio, y que por medio de su reacción con el
dióxido de carbono permite tener una medición más aproximada del volumen de metano
(Torres & Pérez, 2010).
A pesar de todos los recientes estudios, uno de los retos que propone la presente temática es
el lograr un uso eficiente de cada uno de los tres componentes principales presentes en la
biomasa: la celulosa, la hemicelulosa y la lignina; así como el de otros componentes
secundarios, tales como el aceite presente en la semilla de mango, y que permiten la
obtención de productos de valor agregado. Lo anterior, de manera tal, que resulte
económicamente viable, al ser una alternativa competitiva con el resto del mercado (Streffer,
2014), adicional a ser sostenible medioambientalmente y que finalmente permita tener una
gestión integral de los residuos sólidos.
II METODOLOGÍA Preparación de muestras para el análisis composicional
El protocolo NREL (National Renewable Energy Laboratory) define, que por medio de
un horno de convección se secan las muestras a una temperatura no mayor a 45°C, por
un periodo de entre 24 y 48 horas. Posteriormente, la biomasa debe pasar por un proceso
de trituración, en el cual se utiliza un molino de cuchilla con mallas de 1 o 2 mm, según
los requerimientos del estudio (Hames, Ruiz, Scarlata, Sluiter & Templeton, 2008).
Sólidos totales
Para el análisis del contenido de sólidos totales se utiliza un horno de convección. En
primer lugar, se deben pre-secar los recipientes que se van a utilizar para las muestras a
una temperatura de 105±3°C por un mínimo de 4 horas. Posteriormente, se transfieren al
desecador y luego se registra el peso de estos. A continuación, se dispone la muestra
(normalmente entre 0,5 y 2 gr) en uno de los recipientes y se registra su peso. En seguida
se ubican las muestras en un horno de convección repitiendo el mismo procedimiento
descrito anteriormente. Una vez alcanzada la temperatura ambiente por medio del
desecador se registra su peso final hasta no evidenciar un cambio mayor al 0,1% en el
peso final tras una hora de recalentamiento. Es necesario resaltar que mínimo se deben
realizar dos réplicas (Sluiter, Hames, Hyman, Payne, Ruiz, Scarlata ,Wolfe, 2008).
Contenido de Cenizas
La determinación de cenizas se realiza gravimétricamente. Se debe disponer de un crisol
a una temperatura de 105°C por un tiempo no menor a 4 horas y se registra así el peso de
este. Posteriormente se toma la muestra a analizar junto con el crisol, se registra su nuevo
peso, y se realiza la rampa de calentamiento establecida por el protocolo NREL iniciando
a una temperatura ambiente y finalizando en una temperatura de 575°C por un periodo
de 6 horas aproximadamente. Por último, se dispone en un desecador para que alcancen
la temperatura ambiente y, finalmente, se registra el peso final del crisol con la muestra
que indica el contenido de cenizas de la muestra (Sluiter et al., 2008).
Determinación de carbohidratos estructurales y lignina en la biomasa
En primer lugar, se disponen los crisoles en la mufla a una temperatura de 575±25°C por
un mínimo de cuatro horas. A continuación, se registra su peso inicial hasta que este
permanezca constante. De manera paralela, se pesan 3000±10 mg de la muestra y se
adicionan en un tubo de ensayo de vidrio. A continuación, se adicionan 3 mL de ácido
sulfúrico al 72 % y se mezclan por medio de un agitador de vidrio. En seguida, se ubica
en un baño termostatado a 30±3°C por 60±5 minutos y agitando cada 5 o 10 minutos.
Cumplidos los 60 minutos se diluye la concentración al 4% adicionando 84±0,04 mL de
agua desionizada. Este proceso se realiza igualmente para dos muestras correspondientes
a los azúcares 𝐷 − (+) glucosa y 𝐷 − (+) xilosa, que permiten identificar la pérdida de
estos durante la hidrólisis ácida. A continuación, se esterilizan las muestras, incluyendo
los azucares, por una hora, a una temperatura de 121°C. Posteriormente, se permite que
las muestras enfríen alcanzando la temperatura ambiente. Finalmente, se procede a
realizar la filtración al vacío por medio de los crisoles previamente pesados, y se captura
el filtrado en un matraz de filtración. Se procede así a secar el crisol a 105 ± 3°𝐶 por un
mínimo de 4 horas, y se registra el peso final de este. Por su parte, el líquido producto de
la filtración se prepara para la determinación de carbohidratos en el equipo HPLC (High
Performance Liquid Chromatography). Este proceso consiste de neutralizar esta muestra
líquida hasta alcanzar un pH entre 5 y 6, por medio de carbonato de calcio. Finalmente
se prepara la muestra para el HPLC pasando el líquido por un filtro de 0,22 𝜇𝑚,
utilizando agua de grado HPLC como fase móvil, con un volumen de inyección de 20
𝜇𝐿, un caudal de 0,6 mL/min, un tiempo de ejecución de 35 minutos y un rango de
temperatura de 80-85°C (Sluiter et al., 2012).
Recuperación de la lignina
Para la recuperación de la lignina se utilizó la cáscara de banano como fuente de biomasa.
En primer lugar, se le realizó un pretratamiento a esta, en base al protocolo NREL (Hames et
al., 2008). De esta forma, se dispuso a secar las cáscaras de banano en un horno de convección
(Ver Figura A.1.1). A continuación, se le realizó el proceso de trituración a través de un
molino de cuchilla de 1 mm. Se procedió así a la recuperación y cuantificación de lignina por
triplicado de acuerdo al protocolo NREL (Sluiter A., y otros, 2012). Una vez realizada la
hidrólisis ácida se realizó un proceso de filtración, obteniendo así la fracción de lignina
insoluble. Finalmente, se secó (a 105°C) durante 2 días, y se registró el peso final. Del
residuo líquido de la filtración se tomó una muestra de 5 𝑚𝐿 correspondiente a cada réplica,
para cuantificar la glucosa y xilosa presente, por medio del HPLC. De acuerdo a los
resultados de este último y con base a la ecuación de Boyles, que se muestra a continuación,
se halló la producción teórica de metano de estos dos componentes, adicional al de celulosa
y hemicelulosa. Se debe tener en cuenta que esta ecuación no diferencia el material realmente
biodegradable del no biodegradable y que una parte de este material orgánico es utilizado por
los microorganismos para su crecimiento (Nielfa, Cano, & Fdz-Polanco, 2015)
𝑇𝐵𝑀𝑃 (𝑚𝐿 𝐶𝐻4 / 𝑔𝑆𝑉) =
𝑎2 +
𝑏8 −
𝑐4 ∗ 22400
12 ∗ 𝑎 + 𝑏 + 16 ∗ 𝑐 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 1
Donde los índices n, a, y b corresponden a los subíndices de carbono, hidrógeno y oxígeno
respectivamente y el factor 22400 corresponde a un cambio de unidades para de esta manera
obtener el resultado en 𝑚𝐿 𝐶𝐻4 / 𝑔𝑆𝑉.
𝐶𝑎𝐻𝑏𝑂𝑐
Extracción del aceite de la semilla de mango:
La semilla de mango fue preparada para la extracción del aceite a partir del protocolo NREL
(Hames, et al., 2008), teniendo en cuenta que se realizaba un tamizado adicional debido a
que el tamaño de partícula debía ser mayor a 5 𝜇𝑚 de acuerdo a las especificaciones del
extractor supercrítico de dióxido de carbono. Para esto se utilizó una malla de 850 𝜇𝑚. Las
condiciones operacionales del extractor supercrítico fueron, temperatura de 40°C, una
presión de 250 bar, un flujo de dióxido de carbono de 3,4 ml/min, y se utilizó isopropanol
como cosolvente con una relación de flujo de solvente/cosolvente de 1:10 (Durán, Figueroa,
Gualdrón, & Sierra, R, 2018). Para la recuperación del cosolvente se utilizó un
rotaevaporador, de manera tal que se pudiera recuperar este, sin degradar el aceite de la
semilla de mango, que según los estudios previos tiene una temperatura de degradación de
sus componentes fenólicos de alrededor de 160°C, por lo cual es necesario evitar un
incremento brusco en su temperatura (Soong & Barlow, 2004) (Kittiphoom & Sutasinee,
2013). Finalmente, se obtiene por otra parte, el residuo de la semilla de mango una vez
realizada la extracción, la cual fue utilizada posteriormente para la producción de biogás.
Preparación de la digestión anaerobia
La muestra fue preparada a partir del protocolo NREL correspondiente (Hames, et al., 2008)
así como el análisis de sólidos totales y volátiles (Sluiter et al., 2008). Para la digestión
anaerobia se identificó que la relación adecuada de sólidos volátiles inóculo-sustrato es 2:1
(Pham, Triolo, Cu, Pedersen, & Sommer, 2013). El medio de cultivo utilizado durante la
digestión se muestra a continuación:
Tabla 1. Medio de cultivo digestión anaerobia. Fuente: Pham, et al,, 2013
Compuesto Concentración (g/Lt)
0,27
1,12
0,53
0,075
0,10
0,02
0,10
El montaje consiste principalmente en dos reactores, cada uno de 500 𝑚𝐿, ingresados en una
incubadora en condiciones mesofílicas (37°C) por 25 días. Para ambos se establecieron
condiciones anaerobias al inicio por medio de una purga con nitrógeno. En la parte superior
se ubica el biodigestor que contiene el sustrato, el inóculo (estiércol de porcino) y el medio
de nutrientes. Este es conectado por medio de una manguera al reactor número dos que se
encuentra en la parte inferior de la incubadora. Este es ubicado de manera tal que el hidróxido
de sodio pueda ser evacuado hacia el recipiente de recolección y de igual forma evite el paso
del hidróxido de sodio al reactor 1. El biogás producido por la digestión anaerobia es
transportado a lo largo de la manguera hasta donde se encuentra el hidróxido de sodio. En
este, el dióxido de carbono es capturado por el hidróxido de sodio, mientras que el metano
ocupa el espacio libre en la parte superior del reactor dos, lo cual provoca el desplazamiento
del hidróxido de sodio, permitiendo así la cuantificación de metano producido (Universidad
de los Andes, 2017). Las mediciones de desplazamiento de hidróxido de sodio se hicieron
durante 25 días, todos los días (dos veces) para la primera semana, posteriormente se midió
𝐾𝐻2𝑃𝑂4
𝑁𝑎2𝐻𝑃𝑂4·12𝐻2𝑂
𝑁𝐻4𝐶𝑙
𝐶𝑎𝐶𝑙2·2𝐻2𝑂
𝑀𝑔𝐶𝑙2·6𝐻2𝑂
𝐹𝑒𝐶𝑙2·4𝐻2𝑂
𝑁𝑎2𝑆·9𝐻2𝑂
de a día de por medio en la segunda semana y finalmente en las semanas tres y cuatro se
midió dos veces por semana. Se analizaron muestras correspondientes a la semilla de mango,
semilla de mango libre de aceite y el inóculo, cada una por triplicado. El montaje de la
digestión anaerobia se muestra a continuación
Figura 1. Montaje digestión anaerobia. Fuente: Duran, 2018
Para la determinación de la producción porcentual se utiliza la ecuación descrita por Nielfa,
et al., en el 2015. Esta productividad es utilizada con el fin de determinar el final de la prueba
a partir de un valor de producción menor al 1% de acuerdo a la Ecuación 2, en donde n
representa el día del experimento.
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 (%) =𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎(𝑚𝐿)𝑛 − 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 (𝑚𝐿)𝑛−1
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎(𝑚𝐿)𝑛
∗ 100% 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 2
Por otra parte, mediante el modelo de Gompertz y el modelo de primer orden, se ajustan cada
una de las 3 curvas que representan el comportamiento del volumen acumulado de biogás,
identificando así el modelo más apropiado. El modelo de Gompertz se basa en tres
5%
parámetros fundamentales: En primer lugar, A, que hace referencia a la producción potencial
de metano (𝑚𝐿 𝐶𝐻4 𝑔𝑆𝑉−1), por otra parte se tiene el valor de 𝜇 , correspondiente a la tasa
de producción máxima de metano(𝑚𝐿 𝐶𝐻4 𝑔𝑆𝑉−1𝑑−1), y finalmente, el valor de 𝜆, que
representa el tiempo (días) de adaptación y en el que inicia la producción de biogás.
𝑃 = 𝐴 ∗ exp (− exp (𝐾 ∗ (𝜆 − 𝑡) ∗ 𝑒1
𝐴+ 1)) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 3
Por su parte el modelo de primer orden consta de dos parámetros que son, por una parte, A,
referente a la producción máxima acumulada en un tiempo t (𝑚𝐿 𝐶𝐻4 𝑔𝑆𝑉−1), y, la tasa
específica de crecimiento de los microorganismos 𝜇 (𝑑−1).
𝑃 = 𝐴 ∗ (1 − exp(−𝜇𝑡)) 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4
Finalmente, el porcentaje de biodegradabilidad se calcula, una vez teniendo el análisis de
sólidos volátiles tanto al inicio como posterior a la digestión anaerobia por medio de la
siguiente ecuación:
𝐵𝐷𝑆𝑉 =𝑆𝑉0 − 𝑆𝑉𝐹
𝑆𝑉0∗ 100% 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 5
Esta ecuación permite ajustar el porcentaje de la muestra que es realmente biodegradable en
la muestra analizada.
III RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Recuperación de lignina
De acuerdo a las tres muestras evaluadas se tuvo un resultado de recuperación de 17,8 ± 1,17%. En
promedio se obtuvo un residuo sólido en el filtrado de 1,78 ± 0,150 gramos, por lo cual, se tuvo un
porcentaje promedio de casi 18% de recuperación con respecto a la masa inicial de muestra (10 gr).
Por otra parte, de acuerdo a los estudios realizados previamente donde se caracteriza la cáscara de
banano y donde se señala que la lignina corresponde a un 29,3 ± 2,30% de esta en base seca, se
puede afirmar que se obtuvo un 60,8 ± 3,99% de recuperación respecto a este valor reportado
(Durán, 2018). Por lo anterior, es posible afirmar, que, si bien es un valor significativo, se deben
buscar condiciones que permitan obtener un mayor porcentaje de recuperación, o, de forma paralela,
desarrollar alternativas de separación que sean viables, tanto económica, como operacionalmente. De
este modo, resultaría posible la extracción de la lignina de la biomasa, para así poder aprovechar esta
y que, a razón de su separación, permita un mayor rendimiento en cuanto a la producción de biogás
debido al efecto inhibitorio que puede llegar a tener este componente de la biomasa. No obstante,
resultados acerca de este han sugerido que el residuo del banano ha sido considerado como una
materia prima económicamente viable para el tratamiento mediante digestión anaerobia para la
producción de energía, evidenciando que la limitación es la conversión incompleta del material
orgánico (Tock, Lin, Teong, Tat, & Bhatia, 2009).
Por otra parte, de acuerdo a los resultados del HPLC se obtuvo una concentración de 4,67 ±
1,02 𝑚𝑔/𝑚𝑙 respecto a la glucosa y para la xilosa una concentración de 0,56 ± 0,020 𝑚𝑔/𝑚𝑙. Lo
anterior indica que el contenido de celulosa es mayor al de hemicelulosa en el residuo del filtrado, y
que por acción de la hidrólisis ácida son descompuestos en unidades de glucosa y xilosa
respectivamente.
Tabla 2. Cálculo de producción de metano teórica
Composición elemental
Componente
Peso
molecular(g/mol) C H O
PBMT ecuación de
Boyles (𝒎𝑳𝑪𝑯𝟒
𝒈𝑺𝑽)
Glucosa 180 6 12 6 373
Xilosa 150 5 10 5 373
Celulosa 162 6 10 5 414
Hemicelulosa 132 5 8 4 424
En la Tabla 2 se observa, que se tiene el mismo potencial de generación de metano tanto para la
glucosa como para la xilosa, los cuales son los monómeros provenientes de la celulosa y hemicelulosa
respectivamente, que tienen valores un tanto mayores a los correspondientes a los monómeros, y
cuyos resultados coinciden con lo identificado por Wang, Nges, Nistor, & Liu en el 2014 para estos
últimos dos componentes.
Finalmente, con estos datos previos se determinó el potencial de producción de metano de acuerdo a
la concentración identificada en la siguiente Tabla.
Tabla 3. Potencial bioquímico de metano teórico del residuo líquido de la filtración
Resultado HPLC
Componente Concentración(mg/ml)
Concentración
molar(mol/Lt)
PBMT/Lt de residuo
líquido
Glucosa 4,67 0,026 9,68
Xilosa 0,558 0,004 1,39
Los resultados previos muestran, que de acuerdo a la concentración de glucosa y xilosa obtenida en
el filtrado proveniente del hidrólisis ácida se puede alcanzar una producción total de
aproximadamente 11,0 𝑚𝐿𝐶𝐻4
𝑔𝑆𝑉 a partir de un litro de este residuo líquido asumiendo que toda la
glucosa y xilosa se encuentre disponible para ser degradada. Lo anterior, permite destacar que por
medio del proceso de recuperación de lignina se puede obtener un líquido con potencial
aprovechamiento para la generación de metano, no obstante, es importante obtener dicha producción
experimental para establecer la verdadera producción. De este modo, es posible señalar que se
encuentra un gran potencial en la cáscara de banano, que permite, por una parte, recuperar la lignina
para un posterior aprovechamiento de esta en la industria química y que, a través de la separación de
este componente, permita la obtención de un residuo enriquecido en celulosa y hemicelulosa,
permitiendo así la producción de biogás por medio de un proceso de digestión anaerobia.
Extracción aceite semilla de mango
Respecto a la extracción del aceite de la semilla de mango, se puede observar el resultado de este en
las Figuras A2.3 y A2.4 (Ver Anexos). El porcentaje de aceite recuperado fue 4,17% a partir de una
muestra inicial de 213gr de semilla de mango seca. Adicionalmente, se recuperaron aproximadamente
200 gr de semilla, posterior a la extracción realizada (libre de aceite), y a partir de esta se realizó la
producción de biogás. A pesar de no haber realizado estudios en cuanto al contenido del aceite
obtenido, numerosas investigaciones han demostrado que, debido al contenido de estos subproductos,
tales como los compuestos fenólicos, estos son una fuente potencial para su aprovechamiento y para
una obtención de productos de valor agregado en diferentes industrias (Tesfaye, 2017). De esta forma,
es posible observar que, por una parte, el aceite recuperado, que representa un 4% aproximadamente,
puede ser utilizado para la producción y sustitución de productos con propiedades similares al del
aceite de mango y, por otra parte, la semilla libre de aceite obtenida, en este caso 200 gr, logró ser
utilizada para la obtención de biogás dado que contiene un alto grado de sólidos volátiles que permiten
la producción de metano a través de la digestión anaerobia. De este modo, al igual que con la cáscara
de banano, es posible tener un sistema conjunto que permita en primer lugar utilizar la semilla de
mango para la extracción de su aceite que tal y como se mencionó anteriormente, puede llegar a ser
potencialmente aprovechable en numerosas industrias, así como el ser una fuente de sustitución de
otros productos tales como la manteca de cacao (Yimsin, Fiori, Sonwai, & Guella, sf), la cual tiene
una concentración similar de ácido palmítico, ácido esteárico y ácido oleico respecto al aceite de la
semilla de mango (Nadeem, Imran, & Khalique, 2016). Y, una vez teniendo la semilla de mango libre
de aceite, esta puede utilizarse como sustrato para la obtención de biogás. Adicionalmente, dado que
el biogás está compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono, es posible tratar este gas
de manera tal que se obtenga separadamente el dióxido de carbono, y que este pueda ser utilizado en
el sistema de extracción supercrítica con dióxido de carbono. Lo anterior permitiría tener un
aprovechamiento total de cada uno de los componentes presentes en la biomasa, y por ende la
competitividad de esta alternativa sería mayor.
Digestión Anaerobia- Producción de biogás
A continuación, se observan los resultados correspondientes a sólidos totales y a cenizas
para cada una de las muestras analizadas.
Sólidos Totales y Sólidos Volátiles Tabla 4. Sólidos totales y volátiles de las muestras estudiadas
Muestra Sólidos totales(g/kg) Cenizas(g/kg)
Semilla de mango libre de aceite 922 ± 0,540 29,2 ± 0,210
Semilla de mango 917 ± 0,900 23,2 ± 0,100
Inóculo 262 ± 8,90 209 ± 8,11
Respecto a la tabla anterior se puede observar que, para las dos muestras correspondientes a la semilla
de mango se tiene un alto porcentaje de sólidos totales como era de esperarse. Caso contrario el del
inóculo, el cual tiene un porcentaje considerable de humedad, casi un 75%. En referencia a los sólidos
volátiles se observa una diferencia mínima entre los dos tipos de semilla donde para la semilla con
extracción se tuvo un resultado de 893 𝑔𝑆𝑉
𝑘𝑔 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎 mientras que para la semilla sin extracción se obtuvo un
valor de 894 𝑔𝑆𝑉
𝑘𝑔 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎 . En el caso del inóculo se obtuvo finalmente un valor de
52.6 𝑔𝑆𝑉
𝑘𝑔 𝑖𝑛ó𝑐𝑢𝑙𝑜 , lo cual indica
que para este último se tiene una menor cantidad de sólidos volátiles potencialmente aprovechables
para la obtención de biogás.
A continuación, se muestra el resultado de la producción de biogás acumulada durante los 25 días de
análisis.
Figura 2. Comparación de Producción de Biogás Acumulada
De acuerdo a la Figura 2, se puede observar que hay una diferencia durante los 25 días de análisis
entre la producción de biogás a partir de la semilla de mango y la semilla de mango libre de aceite.
Lo anterior, indicaría que el proceso de extracción del aceite si tiene un efecto positivo en cuanto a la
producción de biogás acumulada. Este proceso resulta beneficioso debido a que permite aprovechar,
por una parte, el aceite de la semilla de mango en numerosas industrias, y, por otra parte, el
aprovechamiento en cuanto a la producción de biogás, una vez teniendo la semilla libre de aceite. Por
otra parte, se observa que la muestra control (el inóculo) en un principio tiene un periodo de
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
5 0 0
6 0 0
7 0 0
8 0 0
T ie m p o (h )
Pro
du
cc
ión
ac
um
ula
da
de
me
tan
o
(mL
CH
4/g
VS
)
Inóculo
S em ila de m angoS em illa de m ango libre de aceite
acondicionamiento mayor, posiblemente, dado que el material digerible presente en este es menor y
que el contenido de celulosa y hemicelulosa no resulta tan accesible como si el de la semilla de mango,
así como el hecho de que el contenido de sólidos volátiles aprovechables proviene sólo del inóculo,
lo cual dificulta la reproducción de microorganismos y la producción de biogás. De esta forma, es
importante señalar que la semilla de mango libre de aceite y la semilla de mango tuvieron
respectivamente un incremento del 280% y 180% más en cuanto al volumen final acumulado respecto
al del inóculo.
De igual forma, a continuación, se muestra el resultado del ajuste proporcionado a cada una de las
muestras por el modelo de Gompertz y el modelo de primer orden (Figuras 3 y 4, y Tablas 5 y 6).
Figura 3. Resultados del ajuste de Gompertz
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
5 0 0
6 0 0
7 0 0
8 0 0
T ie m p o (h )
Pro
du
cc
ión
ac
um
ula
da
de
me
tan
o
(mL
CH
4/g
VS
)
Inóculo
S em ila de m ango
S em illa de m ango libre de aceite
G om pertz sem illa de m ango libre de ace ite
G om pertz sem illa de m ango
G om pertz inócu lo
Figura 4. Resultados del ajuste de primer orden
Tabla 5. Resultados modelo de ajuste de Gompertz.
Resultados Ajuste de Gompertz
Muestra 𝐴 (
𝑚𝐿
𝑔𝑆𝑉) 𝜇(
𝑚𝐿
𝑔𝑆𝑉∗𝑑í𝑎)
𝜆(𝑑í𝑎𝑠)
𝑅2(%)
𝑅𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜2 (%)
Semilla de mango libre de
aceite 686 6,13 0,000
96,2
95,7
Semilla de mango 503 4,17 0,000 94,5 93,7
Inóculo 187 1,84 0,570 98,1 97,8
Tabla 6. Resultados modelo de ajuste de primer orden
Resultados Ajuste de Primer Orden
Muestra 𝐴 (
𝑚𝐿
𝑔𝑆𝑉)
𝜇(𝑑−1)
𝑅2
𝑅𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜2
Semilla de mango libre de aceite 710 0,0120 98,3 98,04
Semilla de mango 525 0,0110 97,3 97,0
Inóculo 198 0,0100 96,2 95,7
En la Figura 3, se puede observar que, para la muestra correspondiente al inóculo, se tuvo una
constante 𝜆, de tiempo de adaptación, de 0,57 días según el modelo, teniendo en cuenta que tal y
como se ve en la gráfica el crecimiento no comienza a ser exponencial para el inóculo hasta
aproximadamente las 13-14 horas correspondiente a 0.57 días. Este valor resultó diferente a las otras
dos muestras, donde se obtuvo un valor de 𝜆 de 0 para ambos casos. Lo anterior, como resultado del
crecimiento experimental observado, en donde las dos muestras correspondientes a la semilla tienen
un crecimiento acelerado desde el inicio, a diferencia del inóculo, que tiene un tiempo mayor de
adaptación al medio.
En cuanto al ajuste de Gompertz para las dos muestras de semilla, se observa una diferencia mayor
de acuerdo a los datos experimentales, especialmente en la parte final, donde para el ajuste se tiene la
estabilización del sistema, mientras que tanto la muestra de semilla con extracción como la semilla
sin extracción continúan con un leve crecimiento. De acuerdo a los coeficientes de determinación de
cada una de las muestras se observa que, respecto al ajuste de Gompertz, se obtiene el valor más alto
para el correspondiente al inóculo, mientras que, para el caso de las semillas de mango, con y sin
aceite, se obtienen valores más bajos. No obstante, para todas las 3 muestras analizadas se obtienen
valores alrededor del 95%, por lo cual permite señalar que es un buen ajuste para los tres casos.
En lo que respecta al ajuste de primer orden se observa que, para el inóculo, se tuvo una tasa de
crecimiento de los microorganismos menor respecto a la semilla de mango como la semilla de mango
libre de aceite, lo cual tiene una relación proporcional con la producción final acumulada de metano,
es decir, a mayor volumen de producción, mayor resulta ser la tasa de crecimiento de
microorganismos. En la gráfica correspondientes (Figura 4) se puede observar una menor diferencia
en la parte final entre los valores experimentales y la curva ajustada por el modelo de primer orden
tanto para la semilla de mango como para la semilla de mango libre de aceite. Lo anterior se
comprueba con los valores correspondientes a la producción máxima del modelo de primer orden
donde para la semilla de mango libre de aceite, alcanza un valor de 710 𝑚𝐿/𝑔𝑆, y para la semilla de
mango un valor de 525 𝑚𝐿/𝑔𝑆𝑉. Para este modelo se tuvieron valores mayores de 𝑅2 respecto al
modelo de Gompertz para los casos correspondientes a la semilla de mango y la semilla de mango
libre de aceite, mientras que, para el inóculo se obtuvo un valor de
𝑅2 menor, por lo cual se señala que, el modelo de primer orden se ajusta en mayor medida al
comportamiento experimental de producción de biogás de las muestras con sustrato, y el modelo de
Gompertz a la muestra de sólo el inóculo.
Finalmente, en la Figura 5, se observan los resultados asociados a la productividad porcentual.
Figura 5. Comparación de productividad
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
T ie m p o (h )
Pro
du
cti
vid
ad
(%
)
S em illa de m ango libre de aceite
S em ila de m ango
Inóculo
En esta gráfica, se puede observar el comportamiento similar de cada uno de los grupos evaluados:
semilla con de mango libre de aceite, semilla de mango, y, la muestra control, o inóculo. Se observa
en general, un decaimiento para todos hasta el día 4-5, donde se tiene un leve aumento nuevamente y
finalmente vuelve a decrecer hasta el final de la prueba metanogénica. En general, se observa que a
partir del día 12 la productividad resulta invariante, y que como se mencionó anteriormente, a partir
de este punto la producción de biogás es mínima y, por ende, la fermentación puede ser detenida en
el día 10-12 cuando aproximadamente alcanza un tope que permanece casi constante hasta completar
los 25 días de análisis. Adicionalmente, se puede observar que, para algunas réplicas, el valor de este
era inferior a 1 entre los días 13 y 17, y por consiguiente ya era posible detener la medición
volumétrica, no obstante, se decidió que para todas las fermentaciones se mediría hasta cumplir el día
25. Lo anterior, se corrobora con el valor correspondiente a la producción potencial de metano (A)
del modelo de Gompertz, que para el caso de la semilla libre de aceite toma un valor de 686
𝑚𝐿 𝐶𝐻4 𝑔𝑆𝑉−1 y para la semilla de mango un valor de 503 𝑚𝐿 𝐶𝐻4 𝑔𝑆𝑉−1, los cuales son
alcanzados experimentalmente hacia el día 14. Finalmente, los valores referentes a la máxima tasa de
producción de metano, son casi iguales para las muestras de semilla con y sin extracción, y estos
duplican el valor correspondiente al blanco.
A continuación, se realizó la evaluación de una ANOVA ONE WAY para determinar si existe una
diferencia significativa entre la producción de biogás acumulada de la semilla de mango con previa
extracción del aceite, la semilla de mango sin extracción previa y el inóculo. El factor que se estudia
es el sustrato, y los niveles correspondientes a este factor son semilla de mango, semilla de mango
libre de aceite e inóculo. La variable de respuesta es la producción final de metano hacia el día 25.
En anexos se puede observar la totalidad de resultados del análisis estadístico que determinaron
finalmente un p-value de 0,000 que comparado con el alfa establecido (0,05) resulta siendo menor
que este y en consecuencia con un nivel de confianza del 95% no todas las medias son iguales. Los
resultados, indican que, entre la semilla de mango libre de aceite y la semilla de mango existe una
diferencia significativa en sus respectivas medias de volumen de metano acumulado. De manera
similar ocurre al comparar la semilla de mango y el inóculo así como la semilla de mango libre de
aceite y el inóculo. Este último resultado era previsible puesto que la producción de biogás aumenta
considerablemente a través de la adición de un sustrato al biodigestor, en este caso la semilla de
mango, lo cual resulta en que propiamente este sea digerible para los microorganismos.
Finalmente, al material restante presente en los biodigestores, se les realizó nuevamente la prueba de
sólidos totales y solidos volátiles, para determinar la diferencia respecto a los resultados
correspondientes a estos presentes al inicio de la digestión y así determinar la biodegradabilidad.
Tabla 7. Cálculo de biodegradabilidad
Entradas
Sólidos volátiles
al inicio (g/kg)
Sólidos volátiles
al final (g/kg)
Biodegradabilidad
(%)
Semilla de mango
libre de aceite
796 269 66,1±0,300
Semilla de mango 796 161 79,8± 0,250
Inóculo 791 189 76,1±0,640
Respecto a los resultados anteriores correspondientes a la biodegradabilidad se observa que, para el
caso de la semilla de mango libre de aceite se obtiene un valor menor al correspondiente al de la
semilla de mango. Este último tiene un valor de 79,7% de biodegradabilidad, el más alto de los tres
casos evaluados, que indica que un gran porcentaje de los sólidos volátiles fueron consumidos por los
microorganismos durante el proceso de digestión. Para el caso de la semilla de mango libre de aceite
el resultado indicaría que aún hay un porcentaje de sólidos volátiles que aún no han sido consumidos
para la producción de biogás en comparación al de la semilla de mango.
IV CONCLUSIONES En primer lugar, se logró una recuperación del 17,8% de la lignina insoluble presente en la cáscara
de banano a partir de hidrólisis ácida. Por otra parte, con el líquido residual proveniente del proceso
de filtración, se determinó de acuerdo a la concentración de glucosa y de xilosa una producción teórica
de metano de 11,1 𝑚𝐿𝐶𝐻4
𝑔𝑆𝑉 por un litro de líquido residual. Lo anterior indica que, por una parte, la
cáscara de banano resulta potencial para la recuperación y posterior aprovechamiento de la lignina,
y, por otra parte, el contenido celulósico permite ser aprovechado para la obtención de biogás
disminuyendo el efecto inhibitorio de la lignina. Así, se obtiene un sistema conjunto de
aprovechamiento del contenido lignocelulósico de la cáscara del residuo del banano. Para este punto
se recomienda la obtención de datos experimentales con el fin de determinar si este líquido residual
es potencialmente aprovechable.
Con respecto a la producción de biogás, se logró identificar que para el caso de la semilla con previa
extracción de su aceite se tiene una mayor producción acumulada comparada con el caso de la semilla
sin previa extracción del aceite, siendo esta diferencia mayor a 200 mL/gSV. En cuanto a las
diferencias respecto al inóculo se encontró un incremento porcentual del 280% y 380% respecto a la
producción acumulada para la semilla de mango y la semilla de mango libre de aceite
respectivamente. Esto permite señalar que, al extraer el aceite presente en la semilla de mango, es
posible obtener productos de valor agregado a partir de este, y, por otra parte, la producción de metano
aumenta al extraer este mismo. De igual forma, dado que el biogás contiene dióxido de carbono, este
puede ser utilizado, a partir de su separación, en el equipo de extracción supercrítica de dióxido de
carbono, reduciendo los costos asociados a la operación de este proceso.
En conclusión, tanto la cáscara de banano como la semilla de mango representan una importante
fuente potencial de aprovechamiento como biomasa para la obtención de productos de valor agregado
tales como el biogás a partir del contenido lignocelulósico de estos. Mediante diversos mecanismos,
es posible separar y recuperar aquellos componentes presentes en los residuos orgánicos, tales como
la celulosa, la lignina, la pectina, aceites entre otros, permitiendo un aprovechamiento de cada de
estos. En general los residuos de origen vegetal permiten el aprovechamiento de estos componentes
y, adicionalmente, se permite reducir las problemáticas medioambientales que conllevan una
inadecuada disposición de estos residuos orgánicos, y un desaprovechamiento de estos.
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Zhang, Q., Hu, J., & Lee, D.-J. (2016). Biogas from anaerobic digestion processes: Research updates.
Renewable Energy an International Journal, 12.
ANEXOS
Anexo 1: Recuperación de lignina
Figura A.1.1 Proceso de secado de la cáscara de banano a 45°C
Figura A.1.2 Obtención de la lignina posterior al proceso de filtración
Anexo 2: Extracción del aceite de semilla de mango
Figura A.2.1 Proceso de tamizado de la semilla de mango
Figura A.2.2 Semilla de mango tamizada
Figura A.2.3 Obtención aceite de semilla de mango a partir de extracción supercrítica con dióxido de carbono
Figura A2.4. Obtención aceite semilla de mango
Anexo 3: Producción de biogás a partir de la semilla de mango
Figura A.3.1 Preparación botellas de hidróxido de sodio
Figura A.3.2 Preparación botellas biofermentadores
Anexo 4: Resultados Análisis estadístico producción de biogás
Información del factor
Factor Niveles Valores
Factor 3 SER; SR; B
Análisis de Varianza
Fuente GL SC Ajust. MC Ajust. Valor F Valor p
Factor 2 401107 200553 1154,2
1
0,000
Error 5 869 174
Total 7 401976
Resumen del modelo
S R-cuad.
R-cuad.
(ajustado)
R-cuad.
(pred)
13,1817 99,78% 99,70% 99,45%
Medias
Factor N Media Desv.Est. IC de 95%
SER 2 749,0 12,02 (725,04;
772,96)
SR 3 554,0 16,26 (534,44;
573,56)
B 3 196,6 9,89 (177,02;
216,15)
Desv.Est. agrupada = 78.2159
Comparaciones en parejas de Tukey
Agrupar información utilizando el método de Tukey y una confianza de 95%
Factor N Media Agrupación
SER 2 749,0 A
SR 3 554 B
B 3 196,6 C
Las medias que no comparten una letra son significativamente diferentes.
Prueba de igualdad de varianzas
Intervalos de confianza de Bonferroni de 95% para desviaciones estándar
Muestra N Desv.Est. IC
SER 2 12,0208 (*; *)
SR 3 16,2558 (0,213642;
6122,98)
B 3 9,8942 (0,130035;
3726,81)
Nivel de confianza individual = 98,3333%
Pruebas
Método
Estadística
de prueba Valor p
Comparaciones
múltiples
— 0,742
Levene 0,26 0,778