121 P?ginas.Recurso Electr?nicoEl bagazo de ca?a panelera es un residuo empleado como combustible para generar calor en la fabricaci?n de panela, en Colombia se producen cantidades superiores a las 1 200 000 T/a?o. Este trabajo se propuso pretratar la biomasa de este residuo agroindustrial con explosi?n de vapor e hidr?lisis ?cida, buscando establecer la tasa de exposici?n de los az?cares fermentables a la producci?n de bioetanol mediante el uso de enzimas especializadas. Se encontr? que al aplicar explosi?n de vapor durante 30 min, 160 ?C y 100 psi sobre el residuo vegetal y tratar la fracci?n s?lida con una dosis de la enzima comercial Celluclast 1,5 L de 30 FPU/g de muestra seca, se obtiene el m?ximo nivel de carbohidratos fermentables para la obtenci?n de bioetanol. Asimismo, los pretratamientos de hidr?lisis ?cida con concentraci?n de 10% de H2SO4 por 1 h, 100 ?C o explosi?n de vapor durante 30 min, 160 ?C y 100 psi y posterior proceso enzim?tico con 30 FPU de Celluclast 1,5 L sobre bagazo de ca?a panelera, demostraron no solo un aumento en la obtenci?n de az?cares, sino tambi?n se evidenci? la formaci?n de compuestos inhibidores como ?cido ac?tico, furfural y compuestos fen?licos, afectando la conversi?n de glucosa a etanol, siendo la explosi?n de vapor el que en menor grado contribuy? con dicho efecto. Se espera un futuro promisorio para el bagazo de ca?a panelera como materia prima para la producci?n de biocarburantes y a incrementar su oferta en el mercado colombiano. Cabe destacar la liberaci?n de la mayor cantidad de az?cares reductores disponibles ocasionado por el sometimiento de nabos y cepas de arracacha a los adecuados pretratamientos e igualmente la menor cantidad de compuestos inhibidores evaluados en estos residuos pretratados, que los formados por los pretratamientos aplicados al bagazo de ca?a panelera, a causa de pretratamientos m?s agresivos y efectivos con el fin de romper los fuertes enlaces lignina-carbohidrato y acceder a los az?cares de inter?s, por lo que en una potencial fermentaci?n con el material amil?ceo, probablemente se producir?a un menor efecto negativo en los rendimientos de etanol.ABSTRACT. The sugarcane bagasse is a by-product used as a fuel to generate heat in manufacturing of panela. In Colombia are produced greater quantities than 1200000 ton per year. This research aimed pretreat biomass from this by-product with steam explosion and acid hydrolysis, seeking to establish the yield rate of fermentable sugars to bio-ethanol production by means of specialized enzymes. It was found that by applying steam explosion during 30 minutes, 160 ?C and 100 psi on vegetal by-product and treat solid fraction with 30 FPU per gram of dried sample of commercial enzyme Celluclast 1,5 L was obtained the major level of fermentable sugars. Also, acid hydrolysis pretreatment with concentration of 10% H2SO4 for 1 h, 100 ?C or steam explosion during 30 minutes, 160 ?C and 100 psi and after enzymatic process with 30 FPU of commercial enzyme Celluclast 1,5 L on sugarcane bagasse showed not only an increase in the production of sugars, but also showed the formation of inhibitors compounds such as acetic acid, furfural and phenol compounds affecting the conversion of glucose to ethanol, being the steam explosion less harmful on ethanol yields. A promising future is expected for bagasse as a feedstock to the biofuel production, increasing the supply in Colombian market. There are a greater amount of reducing sugars available caused by suitable pretreatments on turnips and strains of arracacha, as a less amount of inhibitor compounds on this pretreated waste, compared with those formed from the pretreatment applied to sugarcane bagasse with aggressive and effective conditions in order to break the strong bonds of lignin-carbohydrate to get access to fermentable sugars. Therefore a potential fermentation with the amylaceous material, probably lead a less negative effect on ethanol yields.ADVERTENCIA. La Facultad de Ingenier?a Agron?mica de la Universidad del Tolima, el director del trabajo y el jurado calificador, no son responsables de los conceptos ni de las ideas expuestas por el autor del presente trabajo. Art?culo 16, Acuerdo 032 de 1976 y Art?culo 29, acuerdo 064 de 1991, Consejo Acad?mico de la Universidad del Tolima.INTRODUCCI?N 15 1 JUSTIFICACI?N 17 2 OBJETIVOS 19 2.1 OBJETIVO GENERAL 19 2.2 OBJETIVOS ESPEC?FICOS 19 3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 20 4 MARCO DE REFERENCIA 22 4.1 ANTECEDENTES Y ESTADO ACTUAL DEL PROBLEMA 22 4.2 MARCO TE?RICO 26 4.2.1 Ca?a Panelera 26 4.2.2 Arracacha 27 4.2.3 Componentes b?sicos de los materiales lignocelul?sicos 28 4.2.4 Obtenci?n de bioetanol a partir de material lignocelul?sico 29 4.2.5 Pretratamiento 30 4.2.6 Hidr?lisis enzim?tica 31 4.2.7 Fermentaci?n 32 4.2.8 Separaci?n/Destilaci?n 33 4.2.9 Compuestos t?xicos generados en los pretratamientos 33 4.2.10 Detoxificaci?n 35 5 MATERIALES Y M?TODOS 37 5.1 MATERIALES 37 5.2 METODOLOG?A 37 5.2.1 Explosi?n de vapor 37 5.2.2 Hidr?lisis ?cida 37 5.3 COMPUESTOS INHIBIDORES EN FRACCIONES L?QUIDAS PRETRATADAS 37 5.3.1 Determinaci?n del contenido de ?cido ac?tico 37 5.3.2 Contenido total de compuestos fen?licos 38 5.3.3 Determinaci?n cuantitativa de furfural 38 5.4 HIDR?LISIS ENZIM?TICA 39 5.4.1 Caracterizaci?n fracci?n solida pretratada empleada en ensayo enzim?tico 39 5.4.2 Actividad de la enzima 39 5.4.3 Ensayo enzim?tico 39 5.5 FERMENTACI?N 39 5.5.1 Medio de cultivo 39 5.5.2 Preparaci?n del inoculo 40 5.5.3 Fermentaci?n de hidrolizados 40 5.6 DETERMINACI?N DEL CONTENIDO DE AZ?CARES DISPONIBLES..... 40 5.7 AN?LISIS ESTAD?STICO 41 6 RESULTADOS Y DISCUSI?N 43 6.1 INCIDENCIA DEL VAPOR SATURADO EN EL RENDIMIENTO DE CARBOHIDRATOS 43 6.2 PRETRATAMIENTO QU?MICO. EFECTO DE LA CONCENTRACI?N ?CIDA 44 6.3 TRATAMIENTO ENZIM?TICO 46 6.4 EVALUACI?N DE LOS COMPUESTOS INHIBIDORES GENERADOS POR LOS PRETRATAMIENTOS Y SU EFECTO DURANTE LA ETAPA DE FERMENTACI?N 49 6.4.1 fermentaci?n 52 6.5 ESTUDIO DE AGENTES INHIBIDORES EN EL MATERIAL AMILACEO .. 54 6.6 M?TODOS DE DETOXIFICACI?N 56 7 CONCLUSIONES 58 8 RECOMENDACIONES 59