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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE TECNOLOGIA
QUÍMICA INDUSTRIAL
CATALISIS I
DOCENTE:
ING. POPE MONTERO SANDRO
UNIVERSITARIA:
COLQUE POMA MARISA
MAMANI COLQUE MARY FABIOLA
VARGAS HUMEREZ TANIA DEMSI
FECHA: 18 DE SEPTIEMBRE DE 2014
HIDROLISIS
HIDROLISIS
PROCESO DE OBTENCIÓN DE LICORES DE XILOSA A PARTIR DE BAGAZO DE CAÑA, PARA LA
PRODUCCIÓN DE XILITOL
1.- CATALISIS:
La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción
química, debido a la participación de una sustancia llamada catalizador y las que
desactivan la catálisis son denominados inhibidores. Un concepto importante es
que el catalizador no se modifica durante la reacción química, lo que lo diferencia
de un reactivo.
En la síntesis de muchos de los productos químicos industriales más importantes
hay una catálisis. El envenenamiento de los catalizadores, que generalmente es
un proceso no deseado, también es utilizado en la industria química. Por ejemplo,
en la reducción del etino a eteno, el catalizador paladio (Pd) es "envenenado"
parcialmente con acetato de plomo (II), Pb(CH3COO)2. Sin la desactivación del
catalizador, el eteno producido se reduciría posteriormente a etano.
2.- CATÁLISIS HOMOGÉNEA.
En ella los reactivos, productos y catalizador se encuentran en la misma fase,
generalmente líquida.
Los catalizadores ácidos y básicos en disolución acuosa son los más importantes.
Un ejemplo es la reacción de hidrólisis del acetato de etilo para dar ácido acético y
etanol, la cual puede ser acelerada en presencia de ácido clorhídrico como
catalizador.
Ventajas sobre la catálisis heterogénea:
Las reacciones pueden llevarse a cabo a las condiciones atmosféricas.
Se pueden diseñar catalizadores para que actúen selectivamente para un
tipo particular de reacción.
Es más barata que los metales empleados como catalizadores en la
catálisis heterogénea.
3.- DEFINICION DE HIDRÓLISIS:
Hidrólisis (del griegoὕδωρ, hydōr, ‘agua’, y λύσις, lýsis, ‘ruptura’ o ‘disociación’) es
una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la
molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie
química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en los que
el agua actúa como disolvente.
Las reacciones de hidrólisis se producen cuando los compuestos orgánicos
reaccionan con el agua. Se caracterizan por la división de una molécula de agua
en un grupo de hidrógeno e hidróxido con uno o ambos de estos apegándose a un
producto orgánico de partida. La hidrólisis, por lo general, requiere el uso de un
catalizador ácido o base y se utiliza en la síntesis de muchos compuestos útiles. El
término "hidrólisis" significa literalmente dividir con agua; el proceso inverso,
cuando el agua se forma en una reacción, se llama condensación.
4.-MATERIA PRIMIA:
La diversificación de la Agroindustria del sector cañero ha definido una estrategia
de desarrollo, el intercambio entre países de América Latina y el Caribe para la
integración de la producción azucarera y de sus derivados. Dentro de esta se
encuentra el bagazo de la caña de azúcar que representa aproximadamente el
22% de la caña de azúcar, el cual puede ser utilizado como materia prima para la
obtención de hidrolizados ricos en xilosa, materia prima para la producción de
xilitol.
¿Qué es el bagazo de la caña de azúcar?
El Bagazo de caña se produce como consecuencia de la fabricación de azúcar y
constituye un subproducto de esta producción. Es un combustible natural para
producir vapor en las fábricas azucareras
Es un material fibroso, heterogéneo en cuanto a su composición granulométrica y
estructural, que presenta relativamente baja densidad y un alto contenido de
humedad, en las condiciones en que se obtiene del proceso de molienda de la
caña.
El bagazo consta de dos partes fundamentales:
La fibra: Fibras relativamente largas, derivadas principalmente de la corteza
y otros haces de fibra del interior del tallo.
El meollo: Se deriva del parénquima, parte de la planta donde se almacena
el jugo que contiene el azúcar.
La longitud media de las fibras del bagazo es de 1 a 4 milímetros y su ancho varía
entre 0.01 y 0.04 milímetros.
¿Qué es el xilitol?
El xilitol es un azúcar natural, un alditol no fermentable utilizado principalmente en
la industria alimentaria como sustituto del azúcar desde finales de 1960. El
descubrimiento de xilitol, también llamado azúcar de madera o azúcar de abedul,
se atribuye al químico alemán Emil Fisher (posteriormente premio Nobel de
Química) y a su alumno Rudolf Stahel, que a través del uso de la hidracina, fueron
los primeros en aislar el compuesto, llamando a su invención “Xilitol”.Casi al mismo
tiempo, en su “investigación sobre los derivados de la Xilosa,” el químico francés
M.G. Bertrand aisló un jarabe de xilitol con características similares.
El xilitol es un pentitol de cinco carbones, azúcar polialcohol o poliol, que se
ha encontrado en la naturaleza en frutas, bayas y vegetales, el xilitol que se
comercializa actualmente se fabrica a partir de la xilosa extraída del xilano de las
hemicelulosas de productos forestales y agrícolas. Es una sustancia pura,
semejante en estructura y propiedades a la del producto natural.
Su dulzor y contenido calórico son iguales a los de la sacarosa, es dos veces más
dulce que el sorbitol y casi tres veces mas dulce que el manitol, dos sustitutos del
azúcar muy comúnmente usados.
En el ICIDCA se han realizado investigaciones de sacarificación de bagazo y otros
residuos de la cosecha cañera a escala de laboratorio y planta piloto con
resultados satisfactorios y en el año 1974 se realizó en el Combinado de Kirof
Bulgaria, una prueba industrial con bagazo cubano donde quedó demostrada la
factibilidad técnica del proceso de sacarificación de bagazo.
5.- DESCRIPCION DEL PROCESO:
a) Pre tratamiento y almacenamiento de bagazo Hidrólisis Neutralización:
La caña de azúcar es un cultivo de campo, contiene de 5 a 15% de suciedad y
cenizas antes de arribar al ingenio, parte de la cual pasa al bagazo. Estas son
mayores cuando se emplea la mecanización, haciendo que la remoción de las
mismas sea más difícil.
La sílice que contiene el bagazo hace que sea un material con cierto grado de
abrasividad (sustancia dura capaz de desgastar y pulimentar una superficie por
frotamiento) lo cual crea dificultades adicionales durante el proceso. Por su parte
los azúcares residuales (sacarosa) en una proporción de 2 a 3% crean problemas
como es el incremento en peso del material y la formación de un sustrato rico para
el crecimiento de los microorganismos durante su almacenamiento, causando la
degradación de los componentes de interés para el proceso. Por estas razones es
necesario realizar el lavado de la fibra.
En su composición morfológica, se encuentran presentes la fibra, el meollo y la
fracción de finos y solubles. Para su utilización en este proceso es necesario
utilizar bagazo desmeollado ya que la granulometría juega un papel importante en
las operaciones de impregnación, secado y en las características hidrodinámicas.
El meollo posee alto contenido de cenizas que pasan al licor e interfieren
grandemente en el proceso de purificación.
Se propone que el proceso de desmeollado sea realizado en el propio ingenio
como está establecido en el Central Uruguay y Pablo Noriega, en esta etapa la
médula separada puede unirse con el bagazo integral o la celolignina residual de
este proceso y utilizarse como combustible.
AREA DE PREPARACIÓN DE BAGAZO.
b) Hidrólisis ácida:
Durante la hidrólisis tiene lugar la reacción de formación de los azúcares. Parte de
la ceniza que aun contiene el bagazo pasa a la solución así como la lignina
soluble, todas estas sustancias se disuelven en medio ácido. La solución obtenida
recibe el nombre de hidrolizado, el cual es un líquido amarillo verdoso, sus
principales componentes son los azúcares: xilosa, glucosa y arabinosa, otros
componentes que se forman son el furfural, ácido acético, y compuestos fenólicos
los cuales son nocivos al proceso de hidrogenación catalítica de la conversión de
xilosa a xilitol. El otro producto que se obtiene es el residuo llamado celolignina, el
cual puede ser utilizado como combustible del propio proceso.
El bagazo es alimentado al reactor por medio de una tolva la cual se encuentra
colocada a la boca de estos. Finalizada la carga se cierra la tapa superior y se
termina de adicionar la solución ácida acorde con el hidromódulo fijado y a la
concentración de ácido establecida. Para ello el ácido sulfúrico es transportado
desde un tanque a los reactores a través de una bomba de desplazamiento
positivo, pero antes se debe pasar por el filtro con el objetivo de eliminar
posibles partículas extrañas. El agua desmineralizada almacenada en tanques,
proveniente de los evaporadores es bombeada hasta los reactores donde se
alimenta conjuntamente con el ácido sulfúrico hasta alcanzar el hidromódulo
requerido.
Terminada la carga se realiza el calentamiento con vapor saturado de la masa
hasta la temperatura de trabajo. La hidrólisis del bagazo se realiza en fase
estacionaria durante el tiempo establecido y la celolignina residual se lava para
recuperar los azúcares que han quedado en ella así como para eliminar el ácido
residual, la celolignina es descargada hacia los ciclones.
c) Neutralización del hidrolizado:
El hidrolizado almacenado en tanques intermedios es enviado al proceso de
neutralización donde se eleva el pH hasta 5,5 - 6,0. Para esto se utiliza una batería
de columnas rellenas con resinas de intercambio iónico débilmente anionica en
forma OH-, los hidrolizados neutralizados son enviados a tanques y de aquí son
enviados hacia la siguiente etapa.
d) Concentración del hidrolizado:
La concentración de los hidrolizados se realiza en evaporadores múltiple efecto la
concentración es elevada hasta 45-50 ºBx, utilizando vapor directo, el agua
extraída es almacenada en tanques y luego es utilizada para el proceso de
hidrólisis, los licores concentrados son almacenados en tanques.
e) Concentración de los hidrolizados:
La concentración de los hidrolizados se realiza en evaporadores múltiple efecto la
concentración es elevada hasta 45-50 ºBx, utilizando vapor directo, el agua
extraída es almacenada en tanques y luego es utilizada para el proceso de
hidrólisis, los licores concentrados son almacenados en tanques.
f) Purificación de los hidrolizados:
Los licores concentrados son enviados a la etapa de purificación, la cual se realiza mediante columnas rellenas con resinas anionicas y cationicas. Esta es la última etapa, la cual es muy importante ya que es necesario obtener un sirope de xilosa puro
el cual debe cumplir los requisitos para su posterior bioconversión o hidrogenación catalítica.
Xilosa es un azúcar aislado por primera vez de la madera, y el nombre de ella. La
xilosa se clasifica como un monosacárido del tipo aldopentosa, lo que significa que
contiene cinco átomos de carbono e incluye un grupo funcional formilo. Es el
precursor de la hemicelulosa, uno de los principales constituyentes de la biomasa.
Como la mayoría de los azúcares, que puede adoptar varias estructuras
dependiendo de las condiciones. Con su grupo carbonilo libre, que es un azúcar
reductor.
Estructura:
La forma acíclica de xilosa tiene la fórmula química HOCH23CHO. Los isómeros
hemiacetal cíclico son más prevalentes en solución y son de dos tipos: las
piranosas, que cuentan con anillos de seis miembros C5O, y las furanosas, que
cuentan con C4O anillos de cinco miembros. Cada uno de estos anillos sujetos a
más isomería, dependiendo de la orientación relativa del grupo hidroxilo
anomérico.
5.-APLICACIONES DEL PRODUCTO OBTENIDO:
El xilitol, polialcohol de cinco carbonos, es un edulcorante no calórico que
proporciona efectos benéficos a la salud y sirve como precursor de otros azúcares
no convencionales. Posee un amplio mercado a nivel mundial, por lo que
actualmente se realizan investigaciones intensas sobre su producción. La
producción industrial se lleva a cabo mediante la hidrogenación química de la D-
xilosa para convertirla en xilitol. Una alternativa importante del método químico es
el uso de levaduras del género Saccharomyces y Candida aplicando ingeniería
metabólica. Este trabajo de revisión se centra en la síntesis bioquímica del xilitol,
los problemas relacionados al balance redox intracelular y la producción
microbiana.
¿El Xilitol es un producto natural?
El xilitol no sólo se encuentra en la naturaleza en muchas frutas y verduras como
la coliflor, fresas, frambuesas y arándanos, sino también en el maíz y el abedul,
que es de dónde generalmente se extrae por razones económicas.
Tras largos estudios científicos que han hecho muy famosas sus propiedades, el
xilitol se ha convertido en un producto no sólo ampliamente utilizado en
Escandinavia, sino también en los EE.UU.
El xilitol tiene una dulzura y un sabor similar a la sacarosa. El xilitol puro se disuelve en la boca en contacto con la saliva, produciendo un ligero efecto de frio, debido a sus propiedades endotérmicas que le hacen absorber el calor de una manera similar al mentol.
Xilitol y diabetes.
Debido a que no afecta a la producción de insulina y afecta mínimamente a la de la
azúcar en la sangre, el xilitol está indicado y es apto para diabéticos.
El xilitol se absorbe mucho más lentamente y no promueve la hiperglucemia, como
ocurre con la sacarosa.
Esta característica también es buena para las personas con síndrome metabólico,
un trastorno común que incluye la resistencia a la insulina, la hipertensión, la
hipercolesterolemia y un mayor riesgo de coágulos de sangre.
Xilitol en la cocina.
El xilitol en la cocina es adecuado para ser utilizado en la preparación de postres
“sanos” y en todas las preparaciones a base de azúcar. También es un excelente
sustituto del azúcar para el café, el té y las bebidas en la que normalmente se usa
siempre sacarosa.
El xilitol es estable a altas temperaturas y carameliza sólo después de un
calentamiento de varios minutos a temperatura de ebullición.
El xilitol se utiliza como un sustituto del azúcar en dulces tales como helados, chocolate, caramelos, goma de mascar. Se encuentra en muchos alimentos de consumo de diabéticos como en caramelos para la garganta, jarabes, suplementos, cremas dentales y enjuagues bucales.
Las propiedades anti-bacterianas tan típicas de xilitol determinan su poder anti-caries, y además interfieren en los procesos con levaduras y, por lo tanto, es inadecuado para las elaboraciones como la masa fermentada para hacer pan horneado.
Desde el punto de vista médico:
El xilitol permanece pasivo en el intestino delgado y al no existir un sistema de transporte específico, éste se absorbe lenta y parcialmente. Más adelante, es destruido mediante procesos de fermentación de la flora bacteriana.
Cantidades superiores a 50 g al día pueden causar un efecto laxante leve y temporal. Éste se considera el único efecto secundario del xilitol.
Xilitol y caries:
Desde finales del 1970 se identificó al Xilitol como una potente cura contra las caries.
Entre 1972 y 1975, la Universidad de Turku, en Finlandia, publicó los dos estudios más famosos sobre el xilitol, que asentaron las bases para nuevos estudios y nuevos descubrimientos. En el primer estudio que duró 2 años, participaron 155 personas divididas en 2 grupos y se sustituyeron al azúcar de mesa tradicional por fructosa (primer grupo) y por xilitol (segundo grupo), teniendo en cuenta dosis diarias de 50-67g.
Según los resultados del estudio, se produce una reducción de los procesos de la caries dental de un 30% en el grupo de la fructosa y de un 85% en el grupo del xilitol.
El segundo estudio se llevó a cabo tras los sorprendentes resultados del primero. [6] 100 personas se dividieron en dos grupos y consumieron, cada día, 7 g de goma de mascar con xilitol en un grupo y la goma de mascar tradicional con la sacarosa en el otro.
Con una tasa de reducción de caries de 82% era evidente que los efectos beneficiosos de xilitol aparecían también con cantidades mínimas de consumo. Estos resultados son debido a la imposibilidad por parte del Estreptococos mutans para alimentarse destruyendo el xilitol, como ocurre en el caso de la sacarosa. De esta manera, el xilitol reduce la flora bacteriana que habita en la cavidad oral, previene la formación de la placa, promueve la producción de una saliva alcalina y al mismo tiempo, promueve la re mineralización de pequeñas lesiones de los dientes.
En un estudio posterior realizado por la Universidad de la Universidad de Turku en Finlandia, se encontró que las madres que consumen xilitol, tienen hijos con una menor proporción de Estreptococos mutans y, por lo tanto, son menos propensos a la caries dental y a la otitis.
Desde el punto de vista veterinario.
El xilitol no es tóxico en modo alguno para el ser humano y no tiene contraindicaciones. Sin embargo, en algunas especies animales (perros, vacas, cabras, conejos) puede estimular fuertemente la producción de insulina.
6.-BIBLIOGRAFIA:
Facultad de Ingeniería, UNAM,, Ciudad Universitaria, Delegación
Coyoacán,, C.P. 04510, México, D.F., A.P. 70-440
http://www.revistavirtualpro.com/biblioteca/produccion-y-aplicaciones-
biotecnologicas-del-xilitol#sthash.VL4Wsa2e.dpuf
ICIDCA, Vía Blanca 804 y Carretera Central, Apartado Postal 4026,
C.Habana
BIOCONVERSIÓN DE XILOSA A XILITOLIrina C. Herazo1, Danella
Ruiz1 y Guillermo S. Arrazola
www.monografias.com
ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE LA HIDRÓLISIS ÁCIDA DEL BAGAZO
DE CAÑA DE AZÚCAR Revista Iberoamericana de Polímeros Volumen
12(3), Mayo de 2011 Domínguez et al.
