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M.C. Eduardo Baltierra Trejo
I I A F IIQB
Generación de biogás a partir de la degradación de lignina de paja de trigo
Sahuayo, Mich., 27 de enero de 2015
Dra. Liliana Márquez Benavides Dr. Juan Manuel Sánchez YáñezDirectora Codirector
Problemática
CultivoProducción
(106 Ton/año)
Residuo(106
Ton/año)Maíz 22.1 42.4
Caña de azucar 50.9 15.3
Sorgo 7.0 7.7 Trigo 2.3 2.9
Cebada 1.0 1.4 Soya 0.2 0.3 Arroz 0.2 0.2 Avena 0.1 0.1 Total 84 70
Producción residuos agrícolas (2012)
Justificación Vacas de
engorde: 55-60% TND8-11% proteína, Limitación en
dieta: <25% Relación C/N:130-150:1
Proteína
(%)
Calcio(%)
Fósforo(%)
Total de nutriente
s digeribles (TND)
(%)Paja arroz 3.6 0.22 0.08 41Paja trigo 3.4 0.18 0.11 43Paja lino 5.4 0.26 0.08 43Paja soya 5.2 0.19 0.09 43Paja cebada 4.9 0.13 0.08 44Paja garbanzo
6.5 -- -- 45
Paja chícharo
6.4 0.60 0.19 45
Paja lenteja 8.5 0.65 0.20 45Paja avena 4.5 0.26 0.10 48Paja alfalfa 14 1.30 0.19 61Soya grano 49.9 0.40 0.71 84Mazorca maíz
9.0 0.03 0.31 88
Lignina
Xu et al., 2006
Lignina
CultivoLignina
(%)Celulosa
(%)
Hemicelulosa
(%)Álamo 27.7 48.9 17.3
Eucalipto 26.91 48.07 16.76Pino 25.9 41.7 23.1
Bagazo caña 23.09 39.01 27.08Mazorca maíz 18.7 38.5 32.8Rastrojo maíz 18.59 37.69 22.6Pasto varilla 17.56 30.97 25.55Paja trigo 16.85 35.8 26.8Paja sorgo 16.09 44.6 25.3Paja arroz 15.38 35.62 11.96Paja frijol 9.35 30.64 23.14
Carroll y Somerville, 2009
Uso biotecnológico
Proyecto SENER, 2013
PAJA DE TRIGO
C
Hidrógeno
C
Bioetanol
L
Biogás
L
AromáticosÁcidos grasosFitohormonas
(a) (b)(a) (b)
Despolimerización
Talebnia et al., 2010
Lignina de trigo
Físico-químicos
Ácido
Alcalino
Agentes oxidantes
Hidrotérmicos
Biológicos
Basidiomicetos
Ascomicetos
LacasaO2
H2O
LiP
Oxidasas
Radicaleslibres
H2O2
Dashtban et al., 2010
MnP
Mn3+
Mn2+
Mediador quelado(oxalato)
Despolimerización
Hemeperoxidasa
Enzimas: Lacasa, lignina peroxidasa (LiP) y Manganeso peroxidasa (MnP)
Catecol
Ác.protocatecuico
Ac.succínico
Ac.acético
Ruptura de aromáticos
Ác. 3-cetoadipico
Justificación
7.3 Ton/ha de paja de trigo
233 kg CO2/ha.
296 kg Biogás/Ton paja
Productos con potencial biotecnológico
Conrado et al., 2010
aDespolimerización de lignina
AscomicetosMetanogénesis Archeobacterias
Energía de lignina
Lignina Aromáticos Cetoadipico Acidos grasos CH4
Objetivo general Generar biogás mediante un proceso
biológico híbrido que una la despolimerización de la lignin residual de paja de trigo con la fermentación anaerobia de los ácidos grasos.
Objetivos
Objetivos particulares Determinar la generación de aromáticos y
ácidos grasos de cadena corta utilizando los hongos Aspergillus y Penicillium por despolimerización de la lignina residual de paja de trigo.
Establecer si la producción de ácidos grasos de cadena corta tiene potencial para la generación de CH4 en un biodigestor anaerobio.
Objetivos
Dige
stión
an
aero
bia
Oxi
daci
ónDe
spol
imer
izaci
ónPr
epar
ació
n
Met
odol
ogía
Paja de trigo LigninaPretrata-
miento
Aromáticos
Despoli-merizaciónAscomicetos
CetoadipatoÁcidos grasos
MetanoArqueobacterias
Metano-genesisis
Análisis de conversión
Identificación y cinética
Actividad enzimática
Identificación
Caracterización
Dige
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Oxi
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Met
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Paja de trigo LigninaPretrata-
miento
Aromáticos
Despoli-merización
Ácidos grasos
MetanoMetano-genesisis
Despolimerización Despolimerización de lignina residual de paja de trigo por
ascomicetos en 28 dias de cultivo.aa ab
abab
ab b b
c c c c
A. fu
mig
atus
AA4
P. c
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um A
T4
Cont
rol
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rol
20 30 40 50
05
10152025303540
Concentración lignina (g/L)
% d
espo
limer
izac
ión
Aromáticos
1 3Guayacol Vainillina HidroxibenzoicoVainillínico Siringico Ferulico
Penicillium chrysogenum en la cinética de producción de aromáticos por la despolimerización de lignina resisudal de paja de trigo.
1 2 3 40
2000400060008000
1000012000
Penicillium chrysogenum AT4 en lignina paja de trigo 50 g/L
Tiempo (semanas)
Aro
mát
icos
(m
g/L)
Comparativo de la producción de compuestos aromáticos en investigaciones reportadas en la literatura
Hongo Sustrato Aromáticos Tiempo
Fuente
P. chrysogenum
lignina de paja de trigo
ácido vainillínico 1,5 mg mL-1
guayacaol 2,76 mg mL-1
ácido siríngico 5,7ácido ferúlico 8,4 mg mL-1
7 días Esta investigación
Lentinus crinitus
Plátano (Musa paradisiaca L.)
ácido ferúlico 0,6 mg mL-1
vainlillina 0,04 mg mL-1
ácido vainillínico 0,6 mg mL-1
eugenol 254 mg mL-1
16 días Granda et al. (2005)
Pycnoporus cinnabarinus
ácido ferúlico extraído de rastrojo de maíz
vainillina 0,767 mg mL-1 8 días Lesage-Meessen et al. (2002)
Pycnoporus cinnabarinus
ácido ferúlico vainillina 0,064 mg mL-1 7 días Lomascolo et al. (1999)
Síntesis química
lignina de paja de trigo
ácido ferúlico2 mg g-1
ácido coumárico 1,5 mg g-1
vainillina 0,30 mg g-1
ácido vainillínico 0,25 mg g-1
---- Tapin et al. (2006)
Análisis de ácidos grasos
1 2 3 40
500
1000
1500
2000
2500
3000
Aspergillus fumigatus AA4 en lignina de paja de trigo 20 g/L
Tiempo (semanas)
Conc
entr
ació
n (m
g/L)
Acético Propiónico IsobutíricoButírico Isovalérico Valérico
Aspergillus fumigatus en la cinética de producción de ácidos grasos por la despolimerización de lignina residual de paja de trigo.
Análisis de ácidos grasosMaterial Tipo de proceso Ácidos grasos de
cadena cortaConcentración (mg
L-1)Referencia
Hongo mitospórico ligninolítico y levadurasLignina residual de
paja de trigo(20 g L-1)
Biosíntesis con Aspergillus fumigatus
acéticopropiónicoisobutírico
butíricoisovalérico
valéricocaproico
5788288528452970278628231079
Este trabajo
Hemicelulosas de paja de trigo
Pichia stipitis acético 2700 Nigam (2001)
BacteriasLignina purificada Biosíntesis con
Escherichia coliadípico N.E. Sauer et al. (2014)
Lignina purificada Bacillus limnephilus acético N.E. Yang et al. (2014)BasidiomicetosLignina purificada Biosíntesis con
Nematoloma frowardii
acético, fórmico, glioxílico, oxálico y
malónico.
N.E. Hofrichter et al. (1998
)Tratamientos fisicoquímicos
Paja de trigo (hemicelulosas y
celulosas)
Tratamiento hidrotérmico reactor 3 etapas (180ºC, 200
kg agua/h)
acético 3900.9 Thomsen et al. (2008)
Mixtos Paja de trigo Pretratamiento por
explosión de vapor y digestión anaerobia
butíricovaléricocaproico
3221112107
(Ahring et al., 2015)
Mecanismo de generación de ácidos grasos de cadena corta a partir de LIREPATO.
Proceso de conversión de la lignina residual de paja de trigo en ácidos grasos de cadena corta por Aspergillus fumigatus.
Capacidad de los ascomicetos de despolimerizar similar o superior a la de los basidiomicetos.
Aspergillus spp y Penicillium spp son una opción ambientalmente segura en el aprovechamiento de la lignina residual de paja de trigo para la biosíntesis de aromáticos y ácidos grasos de cadena corta de interés biotecnológico.
Conclusiones
D.C. Eduardo Baltierra Trejo
Artículos Científicos publicados del autor: Baltierra-Trejo, E., Sánchez-Yáñez, J. M., Buenrostro-Delgado,
O., & Márquez-Benavides, L. (2015). Production of short-chain fatty acids from the biodegradation of wheat straw lignin by Aspergillus fumigatus. Bioresource Technology, 196, 418-425.
Baltierra-Trejo, E., Márquez-Benavides, L., & Sánchez-Yáñez, J. M. (2015). Inconsistencies and ambiguities in calculating enzyme activity: The case of laccase. Journal of Microbiological Methods, 119, 126-131.
Baltierra-Trejo, E., Márquez-Benavides, L., del Consuelo Hernández-Berriel, M., & Sánchez-Yáñez, J. M. (2016). Aromatic monomers generation by Aspergillus and Penicillium spp from residual wheat straw lignin | Generación de monómeros aromáticos por Aspergillus y Penicillum spp a partir de lignina residual de paja de trigo. Vitae, 22(3), 197-204.
Baltierra-Trejo, E., Silva-Espino, E., Márquez-Benavides, L., & Sánchez-Yáñez, J. M. (2016). Inducción de la degradación de lignina de paja de trigo en aromáticos por Aspergillus spp. y Penicillium chrysogenum. Journal of the Selva Andina Research Society, 7(1), 10-19.
ORCID: 0000-0002-9000-2987ResearcherID: B-6105-2016
D.C. Eduardo Baltierra Trejo
Contacto:
E-mail: [email protected]
Facebook: @BaltierraT
Twitter: @Baltierra_Trejo
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
Instituto de Investigaciones Agropecuarias y Forestales
Laboratorio de Residuos Sólidos y Uso eficiente de
EnergíaAv. San Juanito Itzicuaro s/n Col. San Juanito
Itzicuaro, Morelia Michoacán, México C.P. 58341
Tel. Tel. +52 (443)334 04 75 Ext 116
IIAF IIQB
Dra. Liliana Márquez Benavides [email protected] Dr. Juan Manuel Sánchez Yáñez [email protected] M.C. Eduardo Baltierra Trejo [email protected]
Agradecimientos
