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NACIONAL
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BIOQUÍMICA
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1. INTRODUCCIÓN
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procesos industriales ha sido investigada
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2. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1. Celulasas industriales
 De todos los filamentos fungi investigados para la
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2.2. APLICACIONES DE LAS CELULASAS
DE TRICODERMA EN LA PRODUCCIÓN DE
BIOETANOL
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2. OBTENCIÓN
INDUSTRIAL DE LA
CELULASA
2.1 Panorama del mercado
2.2 CELULASAS INDUSTRIALES
Trichoderma
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Tricoderma
viride
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2.3 OBTENCIÓN DE ENZIMAS
CELULASAS POR FERMENTACIÓN
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 Preparación de la semilla de las cepas
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 Obtención de enzimas celulasas por
fermentación sólida
Trituración
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121 °C
22-24
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 Extracción de enzimas
Agitación Prensado
Centrifugación
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ENZIMÁTICO
 Determinación de la actividad
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La actividad
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2.4 LIMITACIONES DE LA
PRODUCCIÓN INDUSTRIAL
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PRESENCIA DE AZÚCARES
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3. REACCIONES Y
MECANISMOS
CELULASAS HIDROLIZAR
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CELULOTICAS
Endoglucanasas
Exoglucanasas
Celobiohidrolasa...
3. REACCIONES Y
MECANISMOS
CELOBIOHIDROLASA ENDOGLUCANASA
EXOGLUCANASA
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3.2. Mecanismo de acción
3. REACCIONES Y
MECANISMOS
3.3 SINERGÍA
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MECANISMOS
3.4. Módulos de unión a carbohidratos
(CBM)
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MECANISMOS
3.4. Módulos de unión a carbohidratos
(CBM)
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MECANISMOS
3.5. Modelos del mecanismo de
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MECANISMOS
3.6. Cinética
4. APLICACIÓN DE LA
TRICHODERMA CELULASAS EN LA
INDUSTRIA DEL BIOETANOL
4. 1 INTRODUCCIÓN
 La conversión de lignocelulosa
 Costo de etanol
 Prohibitivos gastos de inversión en
materia prima v...
 Las aplicaciones se han encontrado
en la industria textil, alimentos,
detergentes, las industrias de pulpa y
papel.
Preparación
del sustrato
Pretratamiento Hidrolisis
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4.2 PROCESOFísicos
Químicos
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4.2.1 PRETRATAMIENTO BIOLÓGIC
Disociar por completo
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Celulosa reduzca
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4.2.2 HIDROLISIS
ENZIMÁTICA
4.3 COSTOS
 Producción in situ
 Compra de enzimas externas como
consumibles.
 A pesar de un precio relativamente barato...
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Enzima celulasa (Aplicación al bioetanol)

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

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  • Endoglucanasa-6, exoglucanasa-6, glucoamilasa , beta-glucosidasa A.
  • Enzima celulasa (Aplicación al bioetanol)

    1. 1. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL INGENIERÍA QUÍMICA BIOQUÍMICA ENZIMA CELULASA Barba Miguel Flores David Herrera Pamela Maldonado Vanessa
    2. 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. 3. 1% 8% 13% 16% 28% 34% Household care enzymes Bioenergy enzymes Microorganisms Food and beverage enzymes Feed and other technical enzymes Biopharma Figura 1. Ventas anuales de enzimas a nivel mundial
    4. 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. 5. • En la remoción de impurezas y modificación de propiedades físicas de las fibras, tratamiento controlado de las fibras de celulosa, creación de suavidad en las fibras, generación de un aspecto descolorido de vestidos, y procesos de acabado textil. Industria textil • En la formulación de detergentes que ha emergido debido a su capacidad para modificar la superficie celulósica del hilo de las prendas Lavandería • Donde actúan como reforzadores de los blanqueadores aplicados en estos procesos y reducen el tiempo de refinación. Pulpa y papel • Crean un complejo de óptima maceración en la producción de estos productos, además de mejorar su estabilidad, rendimiento de la hidrólisis, y filtrabilidad. Cervecería y vino • Siendo útiles en los pasos de extracción y clarificación para los jugos, néctares y purés de frutas y vegetales, mejoramiento de la calidad de cereales, aceite de oliva y una gama universal de alimentos. Industria de alimentos Tradicionalmente las celulasas se han usado en:
    6. 6. Actualmente, el desarrollo de biocombustibles derivados de materiales celulósicos está en espera de liderar la demanda industrial de celulasas. La producción de bioetanol de biomasa lignocelulósica está emergiendo como una de las más importantes tecnologías para una producción sustentable de combustibles renovables para el transporte. El etanol tiene un octano superior que la gasolina y produce menos emisiones, por lo cual se considera el perfecto sustituto de la gasolina. Debido a estas ventajas, actualmente existe un gran interés en la comercialización de estas tecnologías. La producción de bioetanol de biomasa lignocelulósica incluye un pretratamiento, hidrólisis y recuperación de etanol.
    7. 7. 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 lon- gibrachiatum, 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
    8. 8. 2.2. APLICACIONES DE LAS CELULASAS DE TRICODERMA EN LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL Algunas plantas piloto se encuentran actualmente en funcionamiento. La más importante está conducida por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable en USA con una producción de 120 000 L de bioetanol por año. Desde el 2003, la Corporación Logen en Canadá opera un prototipo con una capacidad de producción de 320 000 l por año usando paja de trigo como biomasa. En Europa, específicamente en Alemania, España, Dinamarca, Finlandia e Italia, cinco proyectos tienen una demanda de más de 100 toneladas de bioetanol por año. Más proyectos están siendo desarrollados para operar próximamente.
    9. 9. 2. OBTENCIÓN INDUSTRIAL DE LA CELULASA 2.1 Panorama del mercado
    10. 10. 2.2 CELULASAS INDUSTRIALES Trichoderma reesei Tricoderma viride Trichoderma longibrachiatum
    11. 11. 2.3 OBTENCIÓN DE ENZIMAS CELULASAS POR FERMENTACIÓN SÓLIDA  Preparación de la semilla de las cepas de hongos. Selección Lavado Esterilización (400g) AgitaciónCortadoIncubación 121 °C 22-24 °C Agua
    12. 12.  Obtención de enzimas celulasas por fermentación sólida Trituración Esterilización (12g) MezcladoIncubación 121 °C 22-24 °C semilla Residu o banan o
    13. 13.  Extracción de enzimas Agitación Prensado Centrifugación 30 ml citrato EXTRACTO ENZIMÁTICO
    14. 14.  Determinación de la actividad enzimática La actividad enzimática se reporta en UI
    15. 15. 2.4 LIMITACIONES DE LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL BAJA PRODUCCIÓN PRESENCIA DE AZÚCARES CRECIMEINTO CELULAR COSTOS DE PRODUCCIÓN
    16. 16. 3. REACCIONES Y MECANISMOS CELULASAS HIDROLIZAR COMPLEJO ENZIMAS CELULOTICAS Endoglucanasas Exoglucanasas Celobiohidrolasas 𝛃-Glucosidasas 3.1. Generalidades
    17. 17. 3. REACCIONES Y MECANISMOS CELOBIOHIDROLASA ENDOGLUCANASA EXOGLUCANASA ß-GLUCOSIDASA 3.2. Mecanismo de acción
    18. 18. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.3 SINERGÍA
    19. 19. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.4. Módulos de unión a carbohidratos (CBM)
    20. 20. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.4. Módulos de unión a carbohidratos (CBM)
    21. 21. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.5. Modelos del mecanismo de reacción Retenció n Inversión
    22. 22. 3. REACCIONES Y MECANISMOS 3.6. Cinética
    23. 23. 4. APLICACIÓN DE LA TRICHODERMA CELULASAS EN LA INDUSTRIA DEL BIOETANOL
    24. 24. 4. 1 INTRODUCCIÓN  La conversión de lignocelulosa  Costo de etanol  Prohibitivos gastos de inversión en materia prima vegetal
    25. 25.  Las aplicaciones se han encontrado en la industria textil, alimentos, detergentes, las industrias de pulpa y papel.
    26. 26. Preparación del sustrato Pretratamiento Hidrolisis FermentaciónDestilaciónRecuperación Etanol 4.2 PROCESOFísicos Químicos Físico-químicos Biológicos Ácida Enzimática
    27. 27. 4.2.1 PRETRATAMIENTO BIOLÓGIC 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
    28. 28. 4.2.2 HIDROLISIS ENZIMÁTICA
    29. 29. 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

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