Departamento de Madera Celulosa y Papel, Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, Universidad de Guadalajara .

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, C.E. San Martinito, Puebla.

Sede regional:PUEBLA

OBTENCIÓN DE XILITOL MEDIANTE HIDROGENACIÓN DE XILOSA DE OLOTE DE MAÍZ

Alternativas energéticas y mecanismos de desarrollo limpio

• El manejo de los residuos agroindustriales se ha limitado aencontrar un lugar para su disposición final, y con esto, segenera un alto índice de contaminación.

INTRODUCCIÓN

•Las plantas que procesan materiasprimas de origen agrícola nosoportan los costos de inversión yoperación de sistemas detratamiento de sus residuos y estocausa gran deterioro del medioambiente.

INTRODUCCIÓN

• La re‐utilización de residuos como materias primas paraobtener productos de alto valor agregado, puede ser unaalternativa económica y ecológicamente viable.

ANTECEDENTES

• Maíz, trigo y arroz, son los cultivos más abundantes en elmundo, pero el maíz es el primero en cuanto a volumen.Desde hace cincuenta años, la extensión y volumen deproducción del grano mesoamericano ha ido en aumento; deseguir así, se convertirá en el grano más importante delplaneta.

ANTECEDENTES

• El consumo de maíz para el año 2012 osciló al rededor de los30 millones de toneladas, tomando en cuenta que laproporción del olote es el 20%, se estima la disponibilidad deolote del orden de 6 millones de toneladas.

ANTECEDENTES

DE NUESTRO INTERÉS:   XILITOL:• Edulcorante para diabéticos y se

utiliza en preparaciones parahigiene bucal, alimentos dietéticos ypreparaciones farmacéuticas(Agblevor et al, 2000).

• Se le atribuyen propiedadesanticariogénicas y cariostáticas, yaque no permite la fermentación dela mayoría de microorganismos quehabitan la cavidad bucal, además desuprimir de manera activa laformación de nuevas caries(Domínguez, 1998).

• La xilana, pentosa compuestapor unidades de D‐xilosa conuniones de tipo 1β‐4, de la cuales posible obtener el xilitol.

ANTECEDENTES

Métodos de obtención de xilitol :• Químico (hidrólisis ácida; reducción de xilosa con hidrogeno en

presencia de un catalizador, incluye 4 etapas: 1) hidrólisis ácida delmaterial, 2) purificación de la xilosa, 3) hidrogenación catalítica y 4)rendimiento del proceso).

• Biotecnológico (fermentación del hidrolizado).• Auto hidrolisis (método de explosión de vapor; se somete un

material fibroso a presión de vapor directo entre 8 a 14 Kg/cm2 portiempos de residencia entre 1 a 30 minutos, al final del tiempo selibera bruscamente el contenido del reactor, causando unablandamiento y un cierto grado de apertura del tejido fibroso,induciendo una hidrólisis parcial de las hemicelulosas).

METODOLOGÍA

Olote de Maíz variedad D‐526

Extracciones con vapor de agua a 200g baseseca de olote.Presión vapor de 7, 8, 9,10 y 11,5 Kg /cm2, ytiempo de 5, 10 y 15 min.Hidrólisis, autoclave a 121ºC durante 1 hora.Neutralización, pH de 6.36 con CaO.Solución neutralizada se centrífugó durante30 minutos, se decantó y se filtró.Purificación, mediante en columna decarbón activado, posteriormente en columnacon resina de intercambio catiónica yseguida de una columna de intercambioiónica (velocidad de goteo fue 50 mL/min).

METODOLOGÍA

Olote de Maíz variedad D‐526 Hidrogenación, en un reactor Press React

APP 300 ml (parr instrument company) acondiciones constantes de 8% de catalizador(Raney‐nickel) con respecto a la xilosa, 11bar de presión de hidrógeno, 50 ml desolución de xilosa con una concentración de3.25 g/50 ml y tiempo de 3 horas, variandola temperatura entre (20, 50, 75, 100,125 y150° C).

RESULTADOS

Fracción solubilizada de olote en función de la presión y el tiempo de extracción.

RESULTADOS

Contenido de azúcares reductores totales en el licor de extracción  antes y después de la hidrólisis ácida.

RESULTADOS

Cromatograma del extracto de olote hidrolizado y purificado, obtenidomediante el método de HPLC. Se puede observar que el pico de xilosa esmayor con respecto a los picos de glucosa y arabinosa; extracto rico enxilosa (51.6 g/L).

RESULTADOS

Contenido de xilosa y xilitol en la reacción de hidrogenación, a temperaturasde 100, 125 y 150 °C en combinación con tiempos de reacción de 2, 3, 4 y 5horas, referidos a un volumen de extracto total de 2820 ml obtenido con1800 g de olote base seca.

TIEMPO DEREACCIÓN

CONTENIDO DE XILOSADE 1800 g DE OLOTE

CONTENIDO DE XILITOLDE 1800 g DE OLOTE

Horas 100°C 125°C 150°C 100°C 125°C 150°C

0* 117.5 117.5 117.5 0.00 0.00 0.00

2 39.99 33.04 1.59 25.15 18.53 14.78

3 21.94 11.53 1.11 32.71 23.73 17.84

4 33.24 16.96 2.60 46.46 30.51 18.47

5 25.60 6.46 0.67 49.82 36.19 21.37

CONCLUSIONES

• La obtención de xilitol a partir del olote de maíz se ha estudiado en tres pasos;a) obtención de xilosa del olote mediante un proceso con vapor, con el cual se obtiene

un extracto que contiene una fracción de xilanas parcialmente hidrolizadas a xilosa.b) una hidrólisis para la conversión total del polisacárido a su monómero.c) hidrogenación de la xilosa en presencia de catalizador de Raney‐nickel.

• La primera etapa de extracción es una etapa libre de reactivos químicos, elrendimiento de extracción de azúcares reductores totales es bajo, ya que a lascondiciones máximas de tiempo de residencia y temperatura en el reactor de 15minutos a 185 °C se ha obtenido un rendimiento máximo aproximado de 6 g deazúcares reductores totales en el licor de extracción, a partir de 100 g de olote.

• La etapa intermedia, o de hidrólisis ha sido de tipo química, con esta etapa se llegaa un rendimiento acumulado de 13 gramos de xilosa a partir de 100 g de olote.

CONCLUSIONES

• La etapa de hidrogenación tiene buena eficiencia y requiere de tiempos cortos dereacción, se necesita emplear un reactor que opere a presión.

• La eficiencia de la reacción de hidrogenación, los mejores resultados se han obtenido a100 °C con tiempo de residencia de 5 horas, llegando a 41% de eficiencia, considerandola cantidad de xilosa disponible en la reacción.

• Desde el punto de vista de la eficiencia del proceso global a partir de la materia prima,obtenemos un rendimiento neto de 2.77 gramos de xilitol a partir de 100 gramos deolote en base seca, que corresponde a un rendimiento aproximado de 32%.

• La proporción de xilosa remanente al final de la reacción a 100 °C y 5 horas, es de 1.42 greferidos a 100 g de olote.

• Como ya se ha hecho notar, el bajo rendimiento de extracción constituye el cuello debotella del proceso global, ya que es muy bajo, y debe optimizarse en caso de un interésindustrial.

Departamento de Madera Celulosa y Papel, Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías, Universidad de Guadalajara .

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