Xilitol a Partir de Trigo

7/21/2019 Xilitol a Partir de Trigo

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Universidadde Cdiz


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Diseo de planta piloto para la produccin de xilitol a partir depretratamiento Pablo Pina

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Objeto

En el presente Pro&ecto Fin de Carrera se reali'a el diseo de una

planta piloto( cu&o objeti)o *undamental es el procesado del residuo

agr+cola paja de trigo( para as+ producir una suspensin de xilitol. De

esta manera se obtiene un producto de alto )alor aadido ,xilitol-( el

cual es un edulcorante & tiene una amplia gama de posibilidades ue

)an desde su aplicacin en productos diet/ticos( 0asta su aplicacin en

caramelos & gomas de mascar( incluso abarca productos de 0igienepersonal como son los dent+*ricos. 1a planta piloto opera en discontinuo

debido a ue existe una sustancial di*erencia entre los tiempos de

procesado ue reuieren las di*erentes operaciones del 2ujo.

1a planta piloto 0a sido diseada para una produccin anual superior

a los 3454 m3 de suspensin de xilitol. Esta suspensin de xilitol tiene

una concentracin en xilitol ue es superior a 65 g71. El diseo de laplanta piloto inclu&e el reactor AFEX( el reactor de 0idrlisis

en'imtica( el *ermentador( el intercambiador de calor( los sistemas de

control & el sistema de conducciones e impulsin. 8tros euipos como

la cinta transportadora( el tanue de almacenamiento & la caldera( no

se disean & son aduiridos mediante catlogo.

En este pro&ecto no se tendrn en cuenta las etapas sucesi)as de

separacin & puri9cacin necesarias para obtener xilitol puro. De *orma

anloga se atender a la obra ci)il necesaria para ubicar la planta

piloto.

1a situacin de la Planta piloto es el Parue tecnolgico

agroalimentario( situado en la 'ona norte de la localidad de :ere' de la

Frontera. Este empla'amiento es elegido por las buenas conexiones

con las )+as de transporte ue rodean el lugar. 1a planta piloto( de

dimensiones 5(; x 6 m( o lo ue es lo mismo


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en el interior de una na)e industrial para e)itar ue las inclemencias del

tiempo a*ecten al proceso.


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Proceso

1a planta piloto ue procesa la paja de trigo para producir la

suspensin de xilitol reuiere de los siguientes euipos>

? $olino.

? @anue almacenamiento.

? !eactor de tratamiento pre)io AFEX.

? ntercambiador de calor.

? Caldera.

? !eactor de 0idrlisis en'imtica.

? Fermentador.

? @uber+as( accesorios & bombas.

1a capacidad de procesado de dic0a planta piloto permanecer

constante en ;; Bg70. 1a primera unidad es un molino de martillos

ue disminu&e el tamao de la paja de trigo para ue la disolucinde amoniaco pueda penetrar *cilmente en la estructura de

la

misma. 1os tro'os de paja se lle)an al reactor AFEX con a&uda de

una cinta transportadora.

1a disolucin de amoniaco al 3; & una temperatura de 4;C es

bombeada desde un tanue de almacenamiento. 1a *uncin principal

del tanue es almacenar la disolucin mientras la paja se lle)a al

reactor de 0idrlisis en'imtica con a&uda del agua de re*rigeracin. 1a

disolucin de amoniaco & la materia prima molida introducidas en el

reactor AFEX tienen una relacin > en peso( 44(6 Bg70 de cada

compuesto.

El reactor AFEX tiene un )olumen de (3= ;?3 m3. 1a paja de

trigo molida & la disolucin de amoniaco permanecern minutos en

el interior del tanue. 1a presin es liberada de manera sGbita al9nali'ar el periodo de tiempo mediante un la'o de control todo o nada


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ue consta de un sensor de ni)el( un controlador de ni)el( un

tempori'ador & una electro)l)ula. El reactor de tratamiento pre)io

AFEX produce 4(


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En estos minutos se alcan'a la presin de operacin ,54(=

psi-. 1a presin de operacin se alcan'a debido a ue la disolucin de

amoniaco a la temperatura de operacin ,4;C- produce )apores ue

alcan'an dic0a presin. El )apor abandonar el reactor AFEX

rpidamente debido a la di*erencia de presiones entre el interior del

reactor ,=5(;H4 psi- & el intercambiador de calor ,=(H4H psi-.

El rea del intercambiador de calor es =(646m5. 1a disolucin de

amoniaco es la corriente caliente & disminu&e su temperatura desde

4; a =;C. 1a corriente *r+a es agua de red impulsada mediante una

bomba centr+*uga & aumenta su temperatura de 5;C a 3(6


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0idroli'ado de paja de trigo & la le)adura Candida guilliermondi aadida

,(5= Bg70-( gira a 3;; rpm & consta de 3 impulsores de pala plana.

"e recircular una peuea porcin de la corriente de producto para

e)itar tener ue reali'ar un nue)o arranue del sistema. Como producto

9nal se obtendrn ;(


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En esta planta piloto se producen al d+a unos = m3 al d+a de

suspensin de xilitol. Durante el ao se trabajar un total de 5= d+as (

5= 0oras al d+a en tres turnos( desestimndose del ao entero d+as

de mantenimiento & los 9nes de semana &a ue la produccin de unlote implica = d+as de proceso & d+a de limpie'a. 1a produccin total al

ao es de 3454(=;4 m3 de suspensin de xilitol.


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DE"C!P@KA


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NDICE

. Objetivo yjustifcacin del proyecto ............................................... H

5. Alcance del proyecto y localizacin de la planta piloto ................ H

3. Xilitol Produccin actual y perspectivas de !uturo ...................... los polisacridos(

compuestos por celulosa & 0emicelulosa( & la lignina( tal como muestra

el siguiente diagrama ,Figura - HQ>

Desec0oagr+cola

"ustancias debajopesomolecular

$acromol/culas

$ateria8rgnica

$aterianorgnica

1ignina Polisacridos

Remicelulosa Celulosa

Figura . Componentes estructurales de la materia lignocelulsica.


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1a lignina es la estructura ue protege a la celulosa en la planta(

enla'ndose con la 0emicelulosa. 1a celulosa est en la parte interior &

los distintos enlaces ue existen entre los polisacridos a&udan a dar

un gran +ndice de cristalinidad a la estructura( la cual es di*+cil de

0idroli'ar. As+( celulosa( 0emicelulosa & lignina *orman estructuras

llamadas micro9bras( las cuales organi'adas en macro9bras( como

muestra la Figura 5( determinan


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la estructura *undamental de la pared celular de la planta. Para

reali'ar la 0idrlisis del material lignocelulsico ser necesario someter

al material a un tratamiento pre)io de tipo *+sico o u+mico( mediante

el cual se rompa la pared celular de la planta & se obtengan

micro9bras libres HQ.

Figura 5. Disposicin de las macromol/culas dentro de la pared celular delos )egetales HQ.

? Celulosa

1a celulosa es el pol+mero ms abundante en las plantas & en la

naturale'a( & es utili'ada en mGltiples procesos industriales( tales

como la *abricacin de papel & otros. :unto con ello( se con9rma como

la ma&or *uente de a'Gcares de la ma&or+a de residuos agr+colas &

*orestales. Desde el punto de )ista u+mico( la celulosa es un pol+mero

cristalino *ormado por cadenas lineales de D?glucosa ,mol/culas de H

carbonos- unidas a tra)/s de sus enlaces [?(=?glucos+dicos ,Figura 3-.

Cada mol/cula de glucosa posee tres grupos 0idroxilos( en los

carbonos 5( 3 & H ,C5( C3 & CH-( los cuales estn accesibles a

glicosilaciones. "iendo la glicosilacin un proceso u+mico en el ue se

adiciona un glGcido a otra mol/cula. Esta mol/cula se denomina

aceptor( dic0a mol/cula receptora puede ser de muc0os tipos( por


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ejemplo de naturale'a proteica o lip+dica. Aparte( una mol/cula lineal

de glucosa( llamada celodextrina( posee extremos reductores & no

reductores( 'onas


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donde mol/culas espec+9cas llamadas en'imas celulol+ticas inician los

ataues de 0idrlisis ,depolimeri'acin- HQ.

Figura 3. Estructura 0ebra de celulosa con YnY mol/culas de glucosa HQ.

Desde un punto de )ista macroscpico( cada una de las 0ebras de

celulosa est enla'ada a otras mediante puentes de 0idrgeno(

*ormando una estructura supra? molecular semicristalina( dndole

caracter+sticas de insolubilidad ,Figura =.-. Esta caracter+stica de

insolubilidad es la ue 0a llamado la atencin de los cient+9cos( en

bGsueda de encontrar sol)entes apropiados ue sean capaces de

romper los puentes de 0idrgeno ue se *orman entre los grupos

0idroxilos de la mol/cula( para as+ disol)er la celulosa & 0acer ms *cil

su procesamiento HQ.

Figura =. Estructura de la celulosa ,tipo II- HQ.


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Al menos( existen dos tipos de con9guraciones de celulosa a ni)el

de los tipos de organi'acin ue los puentes de 0idrgeno tienen

dentro de la mol/cula. En el primero de ellos( denominado tipo I( el

ox+geno asociado al CH actGa como donante de protones junto al

ox+geno del anillo en la misma unidad( siendo el ox+geno asociado al

C3 en la unidad ad&acente el aceptor de protones HQ. En la

con9guracin tipo II( todos los puentes de 0idrgeno ue se

establecen entre los tomos anteriormente sealados se con*orman

entre unidades distintas ,Figura =- 6Q.

1as con9guraciones tipo I & II son t+picas de las estructuras amor*as

de los materiales )egetales( no obstante( la tipo I es ms comGn en la

naturale'a. 1a con9guracin tipo II es ms parecida a la celulosa ue 0a

sido tratada con compuestos alcalinos. En el proceso de sacari9cacin

de la celulosa con en'imas celulol+ticas( una de las Gltimas unidades

antes de poder obtener la glucosa como monmero 9nal( es una

mol/cula ue est con*ormada por dos mol/culas de glucosa ,d+mero-

llamada celobiosa. Esta mol/cula tiene un enlace [?glucos+dico entre

los carbonos & = de cada mol/cula( como se aprecia en la Figura

HQ.

Figura . Estructura de la celobiosa HQ.

? Remicelulosa

Como se sealaba anteriormente( la celulosa es la entidad ue est

en ma&or cantidad presente en la )ida )egetal( dado ue *orma parte

importante de la pared celular. :unto con ella( coexiste la 0emicelulosa(

un pol+mero ue en base es similar a la celulosa( con una serie de

subgrupos de monmeros presentes( tal como se muestra en la Figura H

HQ.


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Remicelulosa

Desoxi?Rexosas

VcidosRexurnicos

Rexosas

Pentosas

Lalactosa$anosaLlucosa

Arabinosa

Xilosa

Figura H.#nidades estructurales presentes en la 0emicelulosa.

Adems( las 0emicelulosas pueden ser clasi9cadas por su

estructura de di*erentes polisacridos en la pared celular> xilanos(

mananos( [?glucanos & xiloglucanos.

1os xilanos son el principal polisacrido de las 0emicelulosas( &

representan alrededor del 5;?3; del residuo agr+cola. 1os xilanos

son 0eteropol+meros *ormados por una cadena de xilosas unidas pormedio de un enlace [?(=?glucos+dico( uni/ndose las mismas a

peueas cadenas de carbo0idratos HQ.

#n componente importante de los xilanos encontrados en residuos

agr+colas es el arabinoxilano ,Figura 6-( representando uno de los

componentes ms importantes de la 0emicelulosa en estos residuos

agr+colas HQ. 1a cadena de arabinoxilano puede apreciarse en la 9gura

6>


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Figura 6. Estructura de arbino?xilooligosacrido de 0emicelulosa de pajade trigo HQ.


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? 1ignina

1a lignina es uno de los materiales orgnicos con ma&or presencia en

las plantas( slo superada por la celulosa & la 0emicelulosa. El

porcentaje en masa de lignina presente en los desec0os

agroindustriales )ar+a desde un a un 3 ( & su principal *uncin en la

)ida )egetal es proteger a la planta & darle resistencia mecnica HQ.

1a lignina es un pol+mero tridimensional amor*o ue est altamente

rami9cado( con una gran cantidad de grupos *uncionales presentes(

tales como 0idroxilos *enlicos & ali*ticos. Estas unidades estn

presentes en tres estructuras del tipo alco0oles aromticos( alco0ol p?cumrico( alco0ol coni*er+lico & alco0ol sinap+lico( los cuales

constitu&en a la matri' de lignina como precursores *undamentales

,Figura 5 & Figura *raccin p?0idroxi*enil ,R-(

*raccin guaicil ,L- & *raccin siringil ,"-( tal como se aprecia en la

Figura 5 presente dentro del subapartado NMacro estructuras de la

materia vegetalO HQ.

1a lignina presente en especies 0erbceas es distinta de la ue se

puede encontrar en maderas duras o blandas( debido a ue estas

Gltimas presentan slo dos de las tres unidades *undamentales

anteriormente citadas> guaicil & siringil HQ.

Figura


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En la pared celular la lignina siempre est asociada a carbo0idratos(

particularmente a 0emicelulosas ,Figura 5-( mediante intermediarios

como el cido p?cumrico o el *erGlico


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,cidos 0idroxicinmicos-. Estos( a tra)/s de enlaces de tipo /ster &

/ter( *orman estructuras llamadas carbo0idratos?lignino?*enlicos( tal

como se muestra en la Figura 4. Este tipo de enlaces es el ue

di9culta la posibilidad de extraer los a'Gcares desde el material

)egetal( de a0+ la necesidad de reali'ar un tratamiento pre)io. En

apartados posteriores se presentarn los di*erentes tipos de tratamiento

pre)io( sus aplicaciones & el poru/ de la eleccin de dic0o tratamiento

pre)io como el ms adecuado para el presente PFC.

Figura 4. Estructura lignina?*enlica?carbo0idrato en tejidos )egetalesHQ.

8tras estructuras presentes en la lignina son los llamados lignanos(

los cuales en materiales 0erbceos comprenden 0asta un ( donde

los lignanos principales presentes en residuos agr+colas son el 6 ?

0idroximatairesinol & el siringaresinol. Ambos establecen enlaces

co)alentes con carbo0idratos( principalmente de tipo glucos+dico( los

cuales pueden ser extra+dos utili'ando cidos o bases diluidas.@ambi/n es posible encontrar estructuras acetiladas( principalmente

en la 'ona \ ,Figura 4- ue une a la lignina con la 'ona *enlica ,cido

*erGlico o p?cumrico-W al igual ue los lignanos( estos pueden ser

extra+dos por bases diluidas HQ.

3.=. Edulcorantes+

*+,+-+ .ese/a0istrica+


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1os edulcorantes se emplean en los alimentos por )arias ra'ones>

para dar sabor dulce( para dar cuerpo al alimento( para proporcionar

un importante aporte calrico & para


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actuar como conser)ante. Antiguamente( los exudados de ciertos

rboles como el man( *ueron utili'ados en el $editerrneo como

edulcorantes en las preparaciones de reposter+a porue eran ricos en

manitolW la utili'acin del man *ue sustituida por el a'Gcar(

edulcorante natural por excelencia( con el cual satis*ac+a el ser 0umano

su ansia por el sabor dulce. Posteriormente( el dul'or pro)eniente del

a'Gcar de la caa & de la remolac0a *ue suplido( entre otros( por el de

la miel de abejas( por el del sorgo & por el del ma+'( ue contienen

carbo0idratos naturales como el almidn( la glucosa & la *ructosaW

esta Gltima a pesar de ser la ms dulce 0a sido despla'ada por la

sacarosa debido a su alto costo comercial. Rasta el 9nal del siglo XX

el 0ombre slo dispon+a de edulcorantes naturales como a'Gcar(

miel( glucosa( deri)ados del almidn & lactosa. Actualmente se 0an

abierto nue)as )+as en la produccin de mol/culas orgnicas &

biolgicas en el sector de la u+mica a'ucarera & se cuenta con una

)ariedad de edulcorantes arti9ciales o de sustitucin. 1a necesidad de

a&udar en el tratamiento de la diabetes mellitus & en el de la obesidad(

en la pre)encin de las en*ermedades cardio)asculares( & en la

promocin de la salud( moti) a la industria alimentaria en la

in)estigacin de sustitutos del a'Gcar sorbitol( polialco0ol deri)ado de la

glucosa e ismero del manitol. "iguiendo los propsitos de promocin

de la salud( se buscaron )arios productos con mejor tolerancia o +ndice

gluc/mico para los diab/ticos & se desarroll as+ una gama de

elaborados alimenticios en los cuales el a'Gcar era sustituido

cuantitati)amente por el sorbitol( ue aportaba al mismo tiempo una


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base para darle textura a los productos 9nales( *uncin ue no pod+an

desempear los edulcorantes intensos


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xilitol( poliol obtenido a partir de una pentosa ,xilosa o a'Gcar de

madera-( tiene un uso mu& limitado por su alto precio( lo mismo ue el

manitol. Este texto procede de la bibliogra*+a


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maduracin( el producto concentrado es almacenado en celdas

selladas


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1a composicin 9nal de la miel de abejas ,madura- )ar+a( pero su

contenido t+pico es> glucosa 3=( *ructosa =( sacarosa 5.= & agua


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bajas. El grupo de los edulcorantes arti9ciales contiene productos de

origen natural & sint/tico & aportan menos del 5 del )alor calrico

ue aporta la sacarosaW ninguna de estas sustancias proporciona

energ+a para el crecimiento de las bacterias presentes en la placa

dental( por ello se consideran no cariog/nicos


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El origen de este tipo de edulcorantes se remonta al

descubrimiento casual de la sacarina en Polioles o Alco0oles Poli0+dricos

de sabor dulce moderado.

"on deri)ados de las 0exosas por reduccin( es decir( por 9jacin de

0idrgeno sobre el grupo reductor o 0idrogenacin catal+tica de los

a'Gcares reductoresW entre ellos se destacan> sorbitol( manitol(

maltitol( xilitol( lactitol( eritritol( isomalta ,glucosa?sorbitol

Tglucosa?manitol-( *ructo?oligosacridos & polidextrosa( los cuales estnpresentes de

*orma natural( en mu& bajas cantidades( en *rutas & )erduras( pero( con9nes industriales( se pueden incorporar como aditi)os a di)ersos

alimentos


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las comidas o en el per+odo postprandial ue cuando se toman en

a&unas. En comparacin con la bio? disponibilidad de los a'Gcares( la

de los edulcorantes de sustitucin se reduce de manera importante en

la parte alta del intestino( por ello( llega una alta cantidad al colon( la

cual es *ermentada por la micro2ora con menor generacin de energ+a


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1os subproductos de esta *ermentacin anaerobia reducen el pR del

material colnico & estos son> metano( 0idrgeno & cidos grasos de

cadena corta ,ac/tico( propinico & but+rico-. El sorbitol( el manitol & el

xilitol son insolubles en agua( por ello( a menudo se les combina con

grasas( ra'n por la cual los alimentos endul'ados con ellos tienen

casi el mismo )alor calrico ue se busca reempla'ar


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mol/culas de agua mediante la *ormacin de enlaces de 0idrgeno( lo

ue conduce a la solubili'acin de los a'Gcares & de )arios de

sus pol+merosW la


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estructura del carbo0idrato a*ecta su capacidad 0idro*+lica. 1os a'Gcares

impuros o los jarabes( generalmente absorben ms agua & a ma&or

)elocidad ue los a'Gcares puros D?xilosa ^ 1?arabinosa

^ 0exosas ,D?galactosa( D? manosa( D?glucosa( D?*ructosa- ^

disacridos ,maltosa( lactosa( sacarosa-


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El poder edulcorante es una de las propiedades ms reconocidas &

agradables de los carbo0idratos de bajo peso molecular. El dul'or

depende del contenido de sacarosa( de D? glucosa & de D?*ructosa en

los alimentos. El poder edulcorante se de9ne como> "el nmero de

gramos de sacarosa que hay que disolver en agua para obtener el

mismo sabor que un


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gramo de edulcorante articial". En el @abla se presenta el poder

edulcorante de algunos a'Gcares naturales & polialco0oles el

descenso del pR( la acide' titulable( la *ormacin de polisacridos( el

crecimiento bacteriano( & la disolucin del calcio & del *s*oro debido a

la *ermentacin


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? Caracter+sticas de los Edulcorantes Arti9ciales.

"e presentan a continuacin los edulcorantes arti9ciales ms

empleados en la industria( con su *uente alimentaria( sus

caracter+sticas u+micas( su )alor calrico & la dosis permitida.

Xilitol ,alco0ol de la xilosa-

Caracter+sticas> "inteti'ado en Aislado a partir de ba&as en 5.H ]cal7g. "us *uentes pueden ser la cere'a

,.=-( pera ,5.5-( ciruela ,.=-( man'ana ,;.-( melocotn ,;.4-Wdura'no ,;.55- &

u)as tipo americano ,;.;- Aislado en


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su metabolismo es despreciable. "e *ermenta a ni)el del colon. El )alor

calrico oscila entre .H & 5 ]cal7g. 1as *uentes de este edulcorante

son> Apio crudo( cebolla cabe'ona cruda( pepino co0ombro( rbano

crudo & 'ana0oria cruda


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1actitol ,galactosaTsorbitol-

Caracter+sticas> Alco0ol de lactosa. E*ecto no cariog/nico( siendo su

poder endul'ante menor ue el de la sacarosaW en dosis moderadas el

lactitol se comporta como una 9bra *ermentable & en gran cantidad

actGa como laxante. @anto su absorcin como metabolismo son

despreciables. "e *ermenta a ni)el del colon. Kalor calrico>


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De igual *orma( las personas de9cientes en glucosa#fosfato

deshidrogenasa lo encuentran adecuado( debido a ue su

biotrans*ormacin celular no reuiere de esta en'ima. @ambi/n es

utili'ado en la preparacin de alimentos para el tratamiento de

personas con desrdenes en el metabolismo de l+pidos( lesiones

renales & parenterales. 8tras caracter+sticas importantes del xilitol son

su e*ecto anticariog/nico por el 0ec0o de no ser utili'ado por los

microorganismos de la 2ora bucal( en particular por la bacteria


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!treptococcus mutans( lo ue e)ita la *ormacin de cidos ue atacan el

esmalte dental & en la pre)encin de la otitis media aguda en la

poblacin in*antil ;Q.

A ni)el experimental( su ingestin se relaciona con el aumento en la

absorcin sea de calcio en ratas de laboratorio( pre)iniendo la

osteoporosis o mejorando las condiciones de auellas ue &a la

padecen. El xilitol se encuentra de manera natural en numerosas *rutas

& algunas legumbres como ciruelas amarillas( *resas( coli2or(

*rambuesa( lec0uga( espinaca( 'ana0oria( banano & cebolla( aunue en

mu& bajas concentraciones( lo ue 0ace ue su extraccin de dic0as

*uentes no sea prctica ni econmica. En la actualidad( su produccin

a gran escala se reali'a por 0idrogenacin catal+tica de la xilosa a altas

presiones & temperaturas. Adems de los altos costos de produccin(

se generan impure'as ue di9cultan la puri9cacin & cristali'acin del

producto 9nal. 8tra *orma de obtencin es a tra)/s de procesos

biotecnolgicos( los cuales son una alternati)a de produccin limpia(

&a ue no generan subproductos txicos debido a su naturale'a

espec+9ca ;Q.

A continuacin se describen las etapas en u/ consiste la produccin

a escala industrial del xilitol por medio de la 0idrogenacin catal+tica

de la xilosa. En principio( la s+ntesis comercial de xilitol implica cuatro

pasos.

? El primer paso es la desintegracin del material natural rico en

xilano & la 0idrlisis del xilano recuperado para producir xilosa.

? El segundo paso es el aislamiento de xilosa procedente del0idroli'ado por medio de procesos cromatogr9cos para producir

una solucin de xilosa pura.

? En tercer lugar( la xilosa se 0idrogena a xilitol en presencia de

un catali'ador de n+uel. De *orma alternati)a( la 0idrogenacin

de la solucin de xilosa impura puede lle)arse a cabo en

primer lugar( seguido de la puri9cacin del jarabe de xilitol.

? En Gltima instancia( el xilitol se cristali'a en *orma ortorrmbica.


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El xilitol se suministra comercialmente en *orma cristalina( molido(

& granulado. El xilitol cristalino tiene un tamao medio de part+cula

del orden de =;; a H;; micras. El rango para el tamao medio de

part+culas de xilitol molido es aproximadamente de ; a 5;; micras.

1as *ormas granuladas de xilitol son adecuados para la compresin

directa 4Q.


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Debido a las necesidades actuales de reducir la contaminacinW la

tendencia 0acia un modelo de )ida sana( con una alimentacin

en*ocada a tal 9nW la necesidad de reducir el consumo de materias

primas( como pueden ser cereales o )egetales comestibles( debido a

ue estas mismas son necesarias para alimentar a la gran poblacin

mundial ue cada d+a crece msW & tambi/n la disputa del suelo( para

dedicarlo a culti)os alimenticios o a culti)os en*ocados a la produccin

de productos u+micos. @odo esto & muc0o ms( se 0a mencionado en

el apartado $%.&.'. !ituaci(n actual y futura de los productos de

segunda generaci(n)( cada d+a se dedican ms es*uer'os a la

in)estigacin & puesta en marc0a de plantas piloto para la

in)estigacin de productos de segunda generacin como es el xilitol

producido a partir de paja de trigo. Esta planta piloto( en el caso de

este PFC( abarca la produccin biolgica del xilitol( debido a las

necesidades actuales anteriormente mencionadas.

De *orma general las plantas piloto ue producen productos

u+micos de segunda generacin a partir de 0emicelulosas( presentan

el siguiente patrn en los procesos ue se lle)an a cabo durante el

proceso de produccin. En primer lugar se reali'a un proceso *+sico enel ue se acondiciona la materia prima para ser tratada pre)iamente.

Este acondicionamiento suele ser una molienda para dar el tamao

adecuado a la materia prima. El posterior tratamiento pre)io suele ser

un proceso *+sico o u+mico( en algunos casos se aplicarn ambos. En

el presente PFC se aplicarn ambos( en primer lugar el proceso *+sico

ue se trata de una explosin de )apor destinada a romper la

0emicelulosa en cadenas de pol+meros algo ms peueas &

seguidamente el proceso u+mico( una 0idrlisis en'imtica en la uese 0idroli'arn las cadenas de pol+meros para obtener a'Gcares. En el

presente Pro&ecto la 0idrolisis en'imtica compondr la segunda etapa

del proceso. "eguidamente acontecer una tercera etapa en la ue se

*ermentarn los a'Gcares producidos en la 0idrlisis en'imtica( de

*orma ue se obtendrn los alco0oles correspondientes a dic0os

a'Gcares. En la cuarta & Gltima etapa del proceso englobar+amos el

proceso de clari9cado del caldo *ermentado & la concentracin del

mismo para posteriormente cristali'arlo & empauetarlo. Esta cuarta

etapa no se reali'ar en el presente Pro&ecto.


81/572

@ras esta descripcin de los procesos ue se reali'an en las plantas

piloto de produccin de productos u+micos de segunda generacin a

partir de 0emicelulosa( 0a& ue mencionar ue en la actualidad

toda)+a 0a& )arios retos a la 0ora de reali'ar productos u+micos de

segunda generacin. El rendimiento de la materia prima & la


82/572


composicin de la biomasa es uno de los retos ue se plantean. Es

crucial mejorar el rendimiento de la materia prima & la composicin de

la biomasa para ue la e9ciencia de la con)ersin sea ptima. Esto

implica al genoma de las plantas( la creacin de programas & la

ingenier+a u+mica de las caracter+sticas deseables ,por ejemplo(

resistencia a la seu+a( la insensibilidad al ciclo de la lu'( tolerancia

al *r+o( composicin del a'Gcar C7CH-. Al 0acer la materia prima ms

robusta( ms mejoras se pueden lle)ar a cabo sobre la econom+a & la

seguridad de disponer de materias primas durante todo el ao =Q.

8tro reto lo con*orma la e9ciencia de las en'imas. #na t/cnica

relacionada con el reto es la necesidad de desarrollar en'imas ms

e9cientes & robustas( en particular para la con)ersin de material

lignocelulsico procedente de una )ariedad de materias primas como

las ma'orcas de ma+'( rastrojos( paja de trigo( baga'o de caa( el arro'(

la biomasa de madera. Adems( la utili'acin de la gran parte de la

biomasa reuerir nue)os procesos ue permitan la con)ersin de los

materiales para extraer su )alor mximo. Por ejemplo( la lignina es

con)ertida de *orma termou+mica en energ+a7calor mejor ue en

productos u+micos de )alor aadido. Ra& algunas indicaciones de uela lignina podr+a ser usada como *ertili'antes de liberacin lenta(

componente de )alor aadido( & como un compuesto de partida para la

*ermentacin )ainillina =Q.

Existe un reto respecto a las *bricas de c/lulas microbianas. 1a

necesidad de mejorar las *actor+as de c/lulas microbianas est

relacionada con el reto de tener un ma&or rendimiento( por ejemplo la

produccin de 0u/spedes ue producen un producto deseado( &a sea

un biocombustible o un producto biou+mico( en grandes cantidades &

con alta producti)idad. Combinar la ingenier+a?metablica con la bio?

in*ormtica & la ingenier+a para disear el *ermentador son la cla)e. #na

)e' ue un compuesto puede ser producido a tra)/s de la

*ermentacin( tiene ue ser recuperado del caldo de *ermentacin.

Para lograr esto son necesarios nue)os m/todos de recuperacin(

para poder recuperar as+ la ma&or+a de los compuestos no)edosos.

Adems las tecnolog+as no)edosas de catlisis 0eterog/nea son


83/572


tambi/n necesarias para trans*ormar los productos u+micos

intermedios en productos comerciales =Q.

El Gltimo de los retos presentes actualmente est relacionado con la

optimi'acin del procesado & log+stica de la materia prima. Esto inclu&e

un nGmero de reas di*erentes> 1a mejora de las t/cnicas de

densi9cacin es una( por ejemplo( con)ertir la materia prima en

briuetas o en pellets( permitiendo el transporte de la materia prima

de baja densidad


84/572


originalmente a bajo coste. Establecer t/cnicas de conser)acin para

controlar las modi9caciones *+sicas & u+micas de la biomasa durante el

proceso de con)ersin pre)ia( como por ejemplo cosec0ado( almacenaje

& transporte( es otra =Q.

@ambi/n es )ital mejorar la alta relacin de los sistemas de log+stica

de materias primas *rente a la produccin econmica de las materias

primas en sus estaciones naturales. n)ertir en este tipo de

in*raestructuras podr+a resultar di*+cil para empresas de *orma

indi)idual( debido al capital necesario( adems de la di9cultad de

capturar el )alor de la propiedad intelectual =Q.

Por Gltimo( establecer una red de distribucin de los productos de

base biolgica es otra de las necesidades. 1o ideal ser+a 0acer uso de

las in*raestructuras existentes( por ejemplo( utili'ando los oleoductos( o

mejorando las estaciones de ser)icio para permitir la distribucin de

una ma&or cuota de biocombustibles. 1os EE.## 9nancian actualmente

la adaptacin de antiguas plantas de produccin de biocombustibles

basadas en el ma+'( & destinan dinero para T D( dando cabida a

nue)as tecnolog+as & procesos =Q.

3..5.Previsiones de!uturo+

"e llega a este punto conociendo un poco mejor en u/ situacin

se encuentra el proceso de produccin de xilitol desde ui/n *ue su

descubridor & cul es el proceso actual de produccin a escala

industrial( 0asta cuales son los retos para mejorar la produccinbiolgica de xilitol a partir de biomasa. Pero en este punto una )e'

conocidos todos estos aspectos( se )a a presentar en u/ orden esta la

produccin de xilitol tanto a ni)el europeo como a ni)el mundial para

ue seguidamente se comente cuales son las perspecti)as de *uturo la

produccin del mismo.

El consumo global de polioles como sustitutos del a'Gcar es di*+cil de

determinar dada la escase' de datos de dominio pGblico. "egGn el

nternational "tarc0 nstitute en 5;; la produccin de xilitol se calcula


85/572


en 5;;.;;; toneladas. A ni)el mundial se estima ue el consumo de

polioles en el segmento de la alimentacin & la con9ter+a 0a crecido a

una tasa anual del = durante el periodo 5;;?5;; Q.


86/572

El periodo de recesin econmica mundial 0a a*ectado

negati)amente al mercado de los polioles durante 5;;< & 5;;4. 1a

ca+da de la demanda de polioles en di)ersos usuarios 9nales de los

sectores de las aplicaciones industriales( la alimentacin & la con9ter+a(

entre otros( 0a reducido notablemente la *acturacin total. El descenso

de la demanda 0a sido ms notorio en Estados #nidos & en Europa.

Adems( el mercado 0a sido testigo de un robusto aumento de los

precios de las materias primas. Para 0acer *rente al acentuado

aumento de los precios de materia prima( )arios *abricantes decidieron

ele)ar los precios de sus productos. 1as deprimentes condiciones del

mercado obligaron a )arios *abricantes a reducir sus producciones o

detener temporalmente su acti)idad. A medio pla'o( se pre)/ ue el

retorno del crecimiento econmico *a)ore'ca las perspecti)as de

recuperacin & crecimiento en los aos )enideros. Probablemente el

mercado experimentar un aumento de la demanda principalmente en

los segmentos de la alimentacin & la con9ter+a( as+ como en

aplicaciones *armac/uticas Q.

A ni)el mundial Europa es el ma&or mercado regional para los

polioles. 1a creciente demanda de alimentos bajos en calor+as estimpulsando el crecimiento del mercado de los polioles en Europa. 1os

bene9cios para la salud ue o*recen estos productos u+micos siguen

atra&endo a los *abricantes europeos de productos *armac/uticos o

de 0igiene bucal. !especto al *uturo de los polioles 0a& ue tener en

cuenta a Asia?Pac+9co como el mercado de ms rpido crecimiento( con

unas pre)isiones de aumento del consumo a una tasa anual combinada

superior al 3 0asta 5; ,esto implica un crecimiento anual medio

global menor ue el de la pasada d/cada-. Alimentacin & con9ter+a esel segmento de usos 9nales ue ms rpido est creciendo( &a ue los

productores de alimentos buscan alternati)as ue a&uden a reducir el

contenido calrico sin comprometer el gusto ni la apariencia. Esta

de9nicin del panorama actual & *uturo respecto a la produccin de los

edulcorantes clasi9cados en el grupo de los polioles( dentro del cual

encontramos el producto 9nal del presente PFC( xilitol Q.

A continuacin se muestran datos de importacin de xilitol para tener

una idea de las cantidades de xilitol ue se distribu&en de *orma


87/572

mundial( 0aci/ndose re*erencia a la @abla 5( la cual 0ace re*erencia a

la cantidad en peso ue se importa a $/jico desde di*erentes partes

del mundo( & tambi/n a la @abla 3( ue presenta los )alores de las

cantidades en peso importadas. Estos datos nos dan idea de cmo se

0a ido incrementando la produccin de xilitol a lo largo del tiempo

0asta el inicio del siglo XX &


88/572

con el )alor de las importaciones se obtiene una idea de u/ cantidad

de dinero mue)en dic0as cantidades de xilitol 5Q.

Cantidad de xilitol importada por pa+s de procedencia ,@on-

Pa+s

Ao 44 44H 446 44< 444 5;;; 5;;

Alemani 5 3 3 5 5 5

E.#.

Finlandia

5

?

=H

6

;

H

HH

3

6

6

;6

3=

=H

=;

talia ? ? ? ? ? ? Kene'uel ? ? 5 ? ? ? ?

@otal = H =


89/572

=. 4iabilidad+

,+-+ 4iabilidad t(cnica+

El presente Pro&ecto tiene por objeti)o el diseo de una planta

piloto para la produccin de xilitol a partir de paja de trigo. El

procesado de la materia prima ,paja de trigo- mediante un tratamiento

pre)io *+sico?u+mico ,explosin de )apor en presencia de amoniaco-

conducir a la obtencin de 0emicelulosas( entre ellas el xilano.

Posteriormente este pol+mero ser sometido a 0idrlisis en'imtica

mediante un coctel de en'imas apropiado para obtener la xilosa. Por

Gltimo se proceder a la *ermentacin de las pentosas( concretamente

xilosas( para obtener el producto 9nal( xilitol.

Como materia prima se emplear el residuo agr+cola de la cosec0a

del trigo> la paja de trigo( ue se encuentra en abundancia en la

pro)incia de Cdi'. Dic0a materia prima cuenta en su composicin

con una cantidad aceptable de xilano( micro9bra con*ormada por

cadenas polim/ricas de xilosa. El producto 9nal( xilitol( ser destinado

a la industria productora de dent+*ricos. Adems se distribuir de *orma

l+uida( &a ue en el proceso de *abricacin del dent+*rico se disuel)en

los edulcorantes & otros compuestos en los l+uidos ue comportan el

carcter 0Gmedo del dent+*rico. Estos otros compuestos tienen

di*erentes *unciones como pueden ser los abrasi)os 3Q. De esta

manera( al distribuirse el xilitol como una suspensin( tras acondicionar

dic0a suspensin para el proceso de *abricacin del dent+*rico se

a0orrar en 0umectante( tiempo & energ+a de 0omogeni'acin del

dent+*rico.

"e trata de una mejora en el mbito de los aditi)os ue se adicionan

a los dent+*ricos( &a ue para /stos( el xilitol puede sustituir total o

parcialmente al sorbitol como 0umectante. Debido a su ma&or dul'or(

el xilitol mejora el sabor del dent+*rico & respecto a la *abricacin de

geles transparentes( se dice ue ex0ibe propiedades ligeramente

superiores a las del sorbitol( adems de ue mejora el e*ecto anticaries

de los dent+*ricos con 2Gor.


90/572

El ejemplo aclaratorio de esta mejora es el siguiente> incluir un

; de xilitol en la composicin de un dent+*rico con 2Gor tu)o como

resultado una reduccin de un 5 en la cantidad de caries en nios

ma&ores de 3 aos( en comparacin con un dent+*rico cu&o componente

anticaries era el 2Gor. Adems existe la e)idencia de ue el xilitol

ejerce un


91/572

e*ecto de disminucin de la placa e inter9ere en el

metabolismo bacteriano( particularmente en presencia de iones

2uoruro & 'inc.

@ambi/n se 0a postulado un e*ecto in0ibitorio sobre la

desminerali'acin del esmalte. Adems 0a& e)idencia de ue el uso

de un dent+*rico con contenido en xilitol puede reducir

signi9cati)amente la bacteria !treptococcus mutans en la sali)a.

Debido a sus e*ectos en general *a)orables para la salud dental( el

xilitol se 0a aplicado tambi/n en otros productos de cuidado bucal(

como enjuagues bucales & sali)a arti9cial.

Como se acaba de mencionar( el empleo de xilitol en lugar de

sorbitol como 0umectante en la pasta de dientes deri)a en una serie

de )entajas. "in embargo( el proceso de produccin ue se plantea en

este pro&ecto tambi/n tiene una serie de )entajas ue se apuntan a

continuacin>

? "e )alori'a un desec0o agr+cola ,paja de trigo-( ue

anteriormente slo se empleaba en el *orraje del ganado.? "e trata de un proceso econmico desde el punto de )ista de

ue no utili'a una gran cantidad ni )ariedad de productos

u+micos( tan solo se emplea una solucin de amoniaco al 3;(

adems de en'imas & le)aduras.

? Es un proceso ecolgico( &a ue no emplea compuestos

agresi)os para el medio ambiente( excepto el amoniaco( el cual

se recupera mediante un cambiador de calor & la cantidad

retenida en la materia prima ,paja de trigo- procesada ser

neutrali'ada con acetato de sodio. 1a materia prima se 0idroli'a

con un coctel de en'imas( mediante un proceso ue no crea

residuos u+micos agresi)os para el medio ambiente & ue se

reali'a en condiciones sua)es de temperatura & presin( no

reuiriendo euipamiento especial.

? Anlogamente la *ermentacin de la xilosa( al reali'arse conle)aduras se lle)a a


92/572

cabo en condiciones sua)es de presin & temperatura & no se

genera ningGn producto u+mico perjudicial para el medio

ambiente.

=.5. 4iabilidad econ'ica+

1a planta piloto de produccin de xilitol diseada reportar una

serie de costes & bene9cios( los cuales deben compensarse( adems

de rebasar los bene9cios a los costes para ue dic0a planta piloto sea

)iable econmicamente. Leneralmente( en cualuier


93/572

proceso producti)o( el *actor ue representa un ma&or coste es la

compra de la materia prima. "in embargo( en este caso ese *actor se

reduce muc0o( &a ue el residuo agr+cola empleado como materia

prima ,paja de trigo-( es abundante & su Gnico uso a posteriori es el

*orraje del ganado. Por este moti)o su precio no es mu& alto & la

)iabilidad econmica se garanti'a en cuanto a costes. @an solo 0a&

ue aadir al coste de materias primas la disolucin de amoniaco al

3; & el coctel de en'imas( siendo estas las materias primas ms

costosa. El resto de materias primas son le)aduras cu&o precio tampoco

es excesi)o. Como se describe en el documento N*resupuestoO( la

)iabilidad econmica de la planta diseada est justi9cada.

Para e*ectuar un anlisis de los costes( se deben tener en cuenta

los siguientes *actores>

? Costes de la materia prima ,pajade trigo-.

En este caso( la materia prima ue se suministra a la planta

procede del desec0o de un culti)o agr+cola mu& abundante en la

pro)incia de Cdi'( paja de trigo. Debido a su abundancia & al

destino actual del mismo( *orraje de ganado( su precio no es ele)ado

& no existen contradicciones morales en su empleo( &a ue al ser

abundante aun ueda una *raccin mu& importante para la

alimentacin del ganado.

? Costes de procesamiento( produccin &almacenamiento.

Entrar+an en este punto todos los costes relacionados con elproceso producti)o>

$antenimiento

"eguridad e 0igiene

$ano de obra

Energ+a el/ctrica( agua( aditi)os u+micos( )apor de agua_

Exceptuando la unidad de tratamiento pre)io *+sico?u+mico( ue

trabaja a alta presin( el resto de las unidades del proceso trabajan


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a unas condiciones de presin & temperatura sua)es( con lo ue la

operati)idad de la planta no representa un coste excesi)amente

alto.


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? Kariables en *uncin de la tecnolog+aaplicada.

"e consideran en este apartado los costes correspondientes al

inmo)ili'ado de las unidades de proceso. El tipo( tamao & cargade dic0as unidades depender de la tecnolog+a aplicada( siendo

posiblemente el euipo ms caro el reactor de 0idrlisis en'imtica.

Al tratarse de un euipo de grandes dimensiones( ue adems

inclu&e c0aueta para la cale*accin del mismo( supone un aumento

de material. Dic0o euipo se construir en Acero noxidable A"

3H1 lo ue tambi/n supone un encarecimiento del coste del mismo.

? Carga impositi)a aplicada alproducto 9nal.

Dado ue el xilitol es un aditi)o alimenticio saludable & posee

otras propiedades bene9ciosas para la salud( se propone como

una alternati)a al edulcorante natural por excelencia con ma&or

produccin mundial( la sacarosa. El mismo xilitol( estar sujeto a

una serie de impuestos determinados por la Agencia @ributaria del

Estado Espaol.

? Costes de distribucin &comerciali'acin.

En este punto se enmarcar+an todos los costes procedentes

de la publicidad( transporte( )entas( administracin( 9nanciacin(

etc.

En cuanto a los bene9cios generados por la planta piloto( estos

pro)endrn de la comerciali'acin del mismo para su uso como

aditi)o de los dent+*ricos( dependiendo el costo para el usuario 9nal de

la carga tributaria ue se le imponga al producto.

Con respecto a la rentabilidad econmica( se pondr de mani9esto

en los siguientes resultados>


96/572

? ntensidad de lain)ersin.

? Producti)idad.

? Participacin del$ercado.

? @asa de crecimiento delmercado.

? Calidad deproducto.


97/572

? Desarrollo de nue)os productos o di*erenciacin de los competidores.

? ntegracin )ertical.

? Costos operati)os.

El xilitol es capa' de producir esta rentabilidad econmica ue se

busca( &a ue tiene di*erentes aplicaciones en la )ida cotidiana como

es un e*ecto edulcorante ms potente ue el de la sacarosa & con

menos calor+as. Por estas propiedades es aplicado como aditi)o

alimenticio en alimentacin diet/tica( dulces & c0icles. @ambi/n tiene

propiedades anticariog/nicas( todas estas & otras propiedades 0an

uedado re2ejadas en el apartado N'.+.%. *roducci(n actual de ,ilitolO.

Por otro lado en la actualidad se busca la posibilidad de obtener

productos u+micos a partir de desec0os o materias en apariencia con

poca capacidad de ser reutili'adas. De este modo 0o& en d+a se abre

una nue)a cuota de mercado con grandes posibilidades & la cual a&uda

al medio ambiente( &a ue no se consumirn tantas materias primas

como se pod+a 0acer en /pocas pasadas para la produccin de los

mismos productos u+micos. Adems estos productos u+micos de

segunda generacin son obtenidos de una *orma biolgica( lo ueabarata su coste de produccin e inno)a en la obtencin de productos

u+micos cu&o proceso antes era muc0o ms contaminante.

=.3. 4iabilidad le$al+

1a )iabilidad legal )iene determinada por la legislacin & normati)a

ue el objeto del pro&ecto debe cumplir( tanto a ni)el del producto(

como a ni)el del proceso de *abricacin del mismo. En este caso la

normati)a aplicable ser la relati)a al xilitol en materia de seguridad(

medio ambiente & calidad. Este tema se desglosa en el apartado

N+.egislaci(n)( en dic0o apartado se 0ace re*erencia a la legislacin & la

normati)a.

El presente Pro&ecto Fin de Carrera cumple todas las normati)as

)igentes )inculadas con los aspectos tratados en el mismo( no

existiendo ninguna legislacin ue a*ecte al Pro&ecto impidiendo suejecucin ni operacin cuando la planta piloto est/ en marc0a.


98/572

. 6e$islacin+

1a normati)a aplicable a este Pro&ecto Fin de Carrera titulado>

NPlanta piloto para la produccin de xilitol a partir de paja de trigo

con pretratamiento AFEXO se encuentra recogida en el presente

apartado.

Este pro&ecto se reali'ar cumpliendo los reuisitos marcados por la

1egislacin Europea( Estatal & Autonmica Andalu'a Kigente( los

!eglamentos & %ormati)a de aplicacin oportunos. 1a 1egislacin

Kigente( los !eglamentos & la %ormati)a aplicada en el presente

Pro&ecto Fin de Carrera se expondrn di)ididos en cinco apartados>

? 1egislacin general.

? 1egislacin re*erente a las especi9caciones de uso del xilitol

como aditi)o en dent+*ricos.

? 1egislacin espec+9ca de $edio Ambiente.

? 1egislacin espec+9ca de "eguridad & "alud.

? %ormati)a de aplicacin.

.. 6e$islacin+

? 6e$islacin $eneral+

6ey 1-->>1( de H de julio( de ndustria.

.D *9>1??-( de H de abril( por el ue se aprueba el

!eglamento de almacenamiento de productos u+micos & susinstrucciones t/cnicas complementarias $E APU?( $E APU?

5( $E APU?3( $E APU?=( $E APU?(

$E APU?H( $E APU?6. "E $8DFCA los arts. a 3 & H.5( la

disposicin 9nal & las instrucciones t/cnicas

complementarias $E APU? a 6 & "E A`ADE la $E APU?4(

por !EA1 DEC!E@8 ;75;;( de de *ebrero.

.D -1,,->9>@ de = de abril( por el ue se aprueba el

reglamento de aparatos a presin. .eal Decreto 97>->>>( de 6 de ma&o( por el ue se dictan las

disposiciones


99/572

de aplicacin de la Directi)a del Parlamento Europeo & del

Consejo( 467537CE( relati)a a los Euipos de Presin & se

modi9ca el !eal Decreto 5==7464( de


100/572


= de abril de 464( ue aprob el !eglamento de Aparatos

a Presin. "E "#"@@#ME( por !E"81#C% de 5< de octubre

de 5;;5.

.D -1??-( de ; de julio( por el ue se aprueba el texto

re*undido de la 1e&de Aguas de 5474>;( de de diciembre( por el ue se

aprueba la nstruccin de Rormign Estructural ,ERE-. "E

DE!8LA( por .EA6 DEC.E8O -1,91??;( de < de julio

.eal Decreto >571??;( de H de junio( por el ue se

aprueba la nstruccin para la !ecepcin de Cementos ,!C?

;


101/572


.eal Decreto -7*?->;?( de


102/572


.eal Decreto -?191??9( de 5; de julio( por el ue se

aprueba el !eglamento de nstalaciones @/rmicas en los

Edi9cios ,!@E- & sus nstrucciones @/cnicas complementarias.

Decreto *171??*( de 5 de no)iembre( por el cual se

aprueba el !eglamento de Proteccin contra la Contaminacin

AcGstica en Andaluc+a.

.eal Decreto -*9-1??9( de 4 de octubre( por el ue se

aprueba el documento bsico DS?R! Proteccin *rente al

ruido del Cdigo @/cnico de la Edi9cacin & se modi9ca el

!eal Decreto 3=75;;H( de 6 de mar'o( por el ue se

aprueba el Cdigo @/cnico de la Edi9cacin.

.eal Decreto 11791??,( de 3 de diciembre( por el ue se

aprueba el !eglamento de "eguridad contra incendios en

Establecimientos ndustriales.

? 6e$islacin de )e$uridad y salud+

6ey *-->>5( de < de no)iembre. 1e& de pre)encin de riesgoslaborales.

.D 99*->>9( de 3; de ma&o. Disposiciones m+nimas deseguridad & salud relati)as a la utili'acin por los

trabajadores de euipos de proteccin indi)idual.

.D 7-,1??-( de < de junio. Disposiciones m+nimas para la

proteccin de la salud & seguridad de los trabajadores *rente

al riesgo el/ctrico.

.D -1-5->>9( de < de julio. Disposiciones m+nimas deseguridad & salud

para la utili'acin por los trabajadores de los euipos de trabajo. .D ,;5->>9( de = de abril. Disposiciones m+nimas en

materia de "eali'acin de seguridad & "alud en el trabajo.

.D ,;7->>9( de = de abril. Disposiciones m+nimas de

seguridad & salud en los lugares de trabajo.

.D *>->>9( de 6 de enero. !eglamento de los ser)icios depre)encin.

.D -719->>9( de 5= de octubre( por el ue se establecen

disposiciones m+nimas de seguridad & salud en las obras deconstruccin en el marco de la le& 3744( de < de

no)iembre( de pre)encin de riesgos laborales.


103/572


.D 7?,1??7( de 4 de ma&o. !eal Decreto por el ue se

modi9ca el !D 347446( de 6 de enero( por el ue se

aprueba el reglamento de los ser)icios de pre)encin & el !D

H567446( de 5= de octubre( por el ue se establecen las

disposiciones m+nimas de seguridad & salud en las obras de

construccin.


104/572

.D 11791??,( de 3 de diciembre. !eglamento de "eguridad

contra incendios en establecimientos industriales.

.D 7;-1??*( de 5 de junio. Disposiciones m+nimas para laproteccin de la

salud & seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgosderi)ados de atmos*eras explosi)as.

.eal Decreto 1;71??7( de ; de mar'o( sobre la

Proteccin de la "alud & "eguridad de los @rabajadores contra

los !iegos relacionados con la Exposicin al !uido.

.eal Decreto 6e$islativo -->>,( de 5; de junio( por el ue

se aprueba la 1e& Leneral de la "eguridad "ocial.

.eal Decreto ,;9->>9( de = de abril( sobre las

Disposiciones $+nimas de "eguridad & "alud relati)as a la

$anipulacin $anual de Cargas ue entrae riesgos( en

particular dorso lumbares( para los @rabajadores.

.eal Decreto 6e$islativo -->>5( de 5= de mar'o( por el uese aprueba el

texto re*undido de la 1e& del Estatuto de los @rabajadores.

.eal Decreto **;1?-?( de 4 de mar'o( por el ue se

modi9ca el !eglamento de la n*raestructura para la Calidad

& la "eguridad ndustrial( aprobado por el !eal Decreto

55;;744( de 5< de Diciembre.

.eal Decreto *9,1??-( de H de abril( sobre la proteccin de

la salud & seguridad de los trabajadores contra los riesgos

relacionados con los agentes u+micos durante el trabajo.

.eal Decreto ,?9->>1( de 5= de abril( aprueba la %orma

Ssica de Proteccin Ci)il.

.eal Decreto -;,>1???( de ; de no)iembre( por el uese modi9ca el !eglamento de "eguridad en las $uinas.

.eal Decreto ,;;->>9( de = de abril( sobre sobre

disposiciones m+nimas de seguridad & salud relati)as al

trabajo con euipos ue inclu&en pantallas de )isuali'acin.

? 6e$islacin espec#fca+

.eal Decreto --91??-( de 4 de *ebrero( por el ue seestablece la normati)a bsica de *omento de las in)ersiones


105/572

para la mejora de las condiciones de trans*ormacin &

comerciali'acin de los productos agrarios( sil)+colas & de la

alimentacin.


106/572

.eal Decreto 1-?7->>7( de 5; de septiembre( por el ue

se establecen las normas de identidad & pure'a de los

edulcorantes utili'ados en los productos alimenticios. "E

DE!8LA( por .EA6 DEC.E8O 1>>1??>( de H de mar'o.

.eal Decreto 1??1->>5( de 6 de diciembre( por el ue se

aprueba la lista positi)a de aditi)os edulcorantes autori'ados

para su uso en la elaboracin de productos alimenticios( as+

como sus condiciones de utili'acin.

.eal Decreto -;-?->>-( de 3 de diciembre( por el ue se

aprueba la !eglamentacin @/cnico?"anitaria para la

elaboracin( circulacin & comerciali'acin de caramelos(

c0icles( con9tes & golosinas. "E DE!8LA por .EA6DEC.E8O *,;1?--( de de mar'o.

.eal Decreto 1*5*->;7( de ; de octubre( por el ue se

modi9can algunos art+culos de la !eglamentacin @/cnico?

"anitaria para la Elaboracin( Circulacin & Comercio de

Preparados Alimenticios para !eg+menes Diet/ticos &7o

Especiales( aprobado por !eal Decreto 5H


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Decreto 1>9->>5( de 4 de diciembre( por el ue se

aprueba el !eglamento de Cali9cacin Ambiental de

Andaluc+a.

Decreto >,1??*( de < de abril( por el cual se modi9ca

puntualmente los anexos del Decreto 545744( de 5?5?44( ue aprueba el !eglamento de E)aluacin de mpacto

Ambiental de la Comunidad Autnoma de Andaluc+a & del

Decreto 5744H( de 3;?=?44H( ue aprueba el

!eglamento de


108/572

n*orme Ambiental( la !ed de Espacios %aturales protegidos

de Andaluc+a & su !egistro.

6ey *,1??9( de de no)iembre( 1e& de Calidad del Aire &

Proteccin de la Atms*era.

Directiva 1??1,>CE( de 5 de junio( por la cual se regula

la E)aluacin & Lestin del !uido Ambiental.

.eal Decreto -??1?--( de 5< de enero( por el ue se

actuali'a el catlogo de acti)idades potencialmente

contaminadoras de la atms*era & se establecen las

disposiciones bsicas para su aplicacin.

CO&9,51??*( de 3 de diciembre( Proteccin al

$edioambiente( por la ue se comunica la re)isin de laPol+tica $edioambiental 5;;3.

.5. Nor'ativa+

En este apartado se expone la normati)a ue se aplica en el presente PFC.

? Cdi$o A)&E de Diseo( "eccin K? Di). & Di).5.

? NE ;,9?,1??;. $aterias primas cosm/ticas. Dent+*ricos.

Xilitol. %orma una aprobada por AE%8! en la !E"81#C% de ;

de mar'o de 5;;


109/572

del 5; al 3;( )ariando muc0o de un material a otro( siendo ma&or en

los materiales alternati)os ue en los materiales madereros ue

presentan ma&ores contenidos en celulosa & lignina. 1as 0emicelulosas

se di*erencian de la celulosa por su ma&or )elocidad de 0idrlisis en


110/572

medio cido & por su solubilidad en lcalis( & en cuanto a la lignina por su

resistencia a la oxidacin 6Q.

Sajo la denominacin 0emicelulosas se encuentra un grupo de

0eteropol+meros constituidos por un peueo nGmero de a'Gcares &

algunos de sus deri)ados( como a'Gcares acetilados & cidos urnicos.

Adems( estas estn constituidas principalmente por tres 0exosas

,glucosa( galactosa & manosa- & dos pentosas ,xilosa & arabinosa-(

aunue tambi/n pueden aparecer en ellas peueas cantidades de

ramnosa & *ucosa 6Q.

1as principales di*erencias ue presentan las 0emicelulosas con

respecto a la celulosa son>

? El grado de polimeri'acin> entre 5;;?3;; en las 0emicelulosas*rente a ;;?

.;;; de la celulosa.

? 1a presencia de rami9caciones> la celulosa es un pol+mero

lineal( sin ninguna rami9cacin( mientras ue la 0emicelulosa si

tiene rami9caciones.

? 1a 0eterogeneidad> las 0emicelulosas son 0eteropol+meros

*ormados por distintos a'Gcares ue pueden presentar

sustitu&entes( mientras ue la celulosa es un 0omopol+mero ue

est compuesto Gnicamente por glucosa.

? 1a *alta de cristalinidad> la 0emicelulosa presenta una estructura

amor*a( a di*erencia de la celulosa ue posee una acusada

cristalinidad.

? 1a 0emicelulosa es muc0o ms *cil de 0idroli'ar ue la

celulosa( debido a su estructura rami9cada compuesta por

di)ersos monosacridos( los cuales son ms susceptibles a

separarse.

En la @abla = se muestra la composicin de las 0emicelulosas

presentes en di)ersos materiales. Dic0a composicin se expresa en

*uncin de los monmeros constitu&entes de las 0emicelulosas(

cuanti9cados por cromatogra*+a l+uida de alta resolucin 6Q.


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1os datos de la tabla sealan ue el monmero xilosa( en los

materiales alternati)os( es ma&oritario en el baga'o de caa( seguido

por la paja de trigo. "e 0a elegido la Paja de trigo como materia prima

para la obtencin de xilitol( debido a la gran produccin de este

material en la pro)incia de Cdi'( & ue es uno de los residuos

agr+colas con ma&or cantidad de xilosa en su composicin. Este ao

5;5 se 0an plantado H.5;; 0ectreas de trigo( & el ao anterior(

5;( se plantaron H=.4; 0ectreas( lo ue produjo una cantidad de

trigo de 5.55 @m =Q.


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Entre las di*erentes materias primas de origen lignocelulsico( la paja

de trigo es una abundante *uente de biomasa( principalmente en

Europa. En el caso concreto del trigo( cada Bilogramo de grano

produce ( Bg de paja &( segGn las estad+sticas de la 8rgani'acinde las %aciones #nidas para la Agricultura( se produjeron en el mundo

H4 millones de toneladas de trigo en el ao 5;( lo ue supone 6H;

millones de toneladas de paja de trigo disponibles Q. De este modo

en la pro)incia de Cdi' al producirse una cantidad de 5.55 @m de

trigo( se produjeron en consecuencia 535.3=H @m de paja.

@eniendo en cuenta la paja de trigo utili'ada para alimentacin animal

& para el mantenimiento de suelos( alrededor del H; de laproduccin de paja de trigo mundial podr+a asignarse para propsitos

de produccin de compuesto de segunda generacin( siendo una de

las *uentes de biomasa lignocelulsica ms abundantes HQ. #no de

estos compuestos u+micos de segunda generacin es el xilitol(

producto principal ue se desea obtener en el presente Pro&ecto Fin de

Carrera.


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@abla =. Composicin de las 0emicelulosas en los materiales

lignocelulsicos , en peso

re*erido al material seco- 6Q.


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H.5. Caracterizacin de la'ateria pri'a+

A continuacin se )a a de9nir la composicin del trigo( material

lignocelulsico( empleado para producir el xilitol de esta planta piloto.

1as materias primas lignocelulsicas estn compuestas principalmente

de pol+meros *ormados por carbo0idratos ,celulosa & 0emicelulosa- &

lignina. @ambi/n estn presentes en bajas concentraciones otros

compuestos como( prote+nas( cidos( sales( & otros minerales.

1a celulosa & 0emicelulosa ue constitu&en las dos terceras partes

de la pared celular de la materia seca( son polisacridos ue pueden

ser 0idroli'ados a a'Gcares & luego *ermentados para producir

alco0oles( como &a se 0a )isto en apartados anteriores. El

rendimiento del proceso( en este caso rendimiento de xilitol a partir

de biomasa( est directamente ligado al xilano presente en la materia

prima. 1a lignina no puede ser usada en el proceso de *ermentacin(

sin embargo( podr+a ser Gtil para otros propsitos. 1a materia seca es

la porcin de biomasa ue no es agua.

Anteriormente en el apartado N'.' estructura de los materiales

lignocelul(sicosO se comento por u/ pol+meros estaba *ormada la

materia lignocelulsica & cules eran estos en s+ mismos. En este caso

se detallar ue cantidades de dic0os pol+meros componen la materia

lignocelulsica. El termino lignocelulosa se emplea para describir el

compuesto polim/rico tridimensional ue *orma la estructura material

de las plantas( como se )e en la Figura 4 ue se compone decantidades )ariables de celulosa( 0emicelulosa & lignina.

1a celulosa representa del 3;?; de la materia prima seca total & se

trata de un pol+mero de glucosa unido por enlaces ?(= glicos+dicos. El

ladrillo bsico de construccin de este pol+mero lineal es la celobiosa(

un d+mero glucosa?glucosa El d+mero son dos mol/culas simples(

monmeros( combinados para *ormar un pol+mero. 1a 0idrlisis de

celulosa tiene como resultado monmeros indi)iduales de glucosa.

Este proceso tambi/n se conoce como sacari9cacin 6Q.


115/572

1a 0emicelulosa supone del 5;?=; de la materia prima seca total.

1a 0emicelulosa es un pol+mero corto( altamente rami9cado por

a'Gcares de cinco carbonos ,C- & seis carbonos ,CH-. 1a 0emicelulosa

contiene espec+9camente xilosa & arabinosa ,C a'Gcares-


116/572


& galactosa( glucosa( & manosa ,CH a'Gcares-. Adems( la

preparada para ser 0idroli'ada en comparacin con la celulosa debido

a la naturale'a amor*a de sus rami9caciones. El producto principal de

la 0idrlisis de 0emicelulosa es el a'Gcar ,C-( xilosa 6Q.

1a lignina con9ere del ?5 de la materia prima seca total. 1a

lignina( componente estructural poli*enlico de las plantas( es la

ma&or *raccin de compuestos no? carbo0idratos de la lignocelulosa.

A di*erencia de la celulosa & la 0emicelulosa( la lignina no puede ser

empleada en procesos de *ermentacin 6Q.

Figura 4. Estructura tridimensional de la materia lignocelulsica. $odi9cacin apartir de


117/572


Por otra parte adems de los componentes destacados de la

lignocelulosa( tambi/n *orman parte del todo los siguientes

compuestos. 1a ceni'a( la cual componen del 3?; de la materia

prima seca total( es el residuo ue permanece tras la ignicin de la

biomasa 0erbcea 6Q. 1a ignicin es la oxidacin seca a 65C.

1a ceni'a se compone de minerales tales como el silicio( aluminio(

calcio( magnesio( potasio & sodio. 8tros compuestos presentes en las

materias primas lignocelulsicas son conocidos como extra+bles entre

las ue se inclu&en resinas( grasas & cidos grasos( cidos *enlicos(

9toesteroles( sales( minerales( & otros compuestos. Por Gltimo se

presenta un diagrama de sectores ,Figura ;.-( para )isuali'ar mejor

ue cantidades de cada compuesto *orman parte de la biomasa

lignocelulsica 6Q.

Figura ;. Composicin general de las materias primas de biomasalignocelulsica 6Q.

A continuacin se presenta la @abla ( en la cual se muestran los

)alores de los di*erentes compuestos presentes en la paja de trigo. A

partir de la misma se crea la tabla posterior ,@abla H- en la ue se

)isuali'a la composicin de la paja de trigo ue se emplea como


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materia prima para la obtencin de xilitol en el presente pro&ecto 9n

de carrera. Dic0a tabla se estima a partir de la media de los datos

presentados en la tabla inicial


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,@abla - de *orma ue la suma de todos los porcentajes proporcione

un resultado 9nal del ;;.

@abla . Anlisis de la composicin de la paja de trigo. Composition o*

Rebarceous Siomass FeedstocBs( 5;;6.

En la @abla se presenta la composicin empleada para reali'ar

los clculos de la corriente de materia ue 2u&e de un euipo 0asta el

siguiente como se )er en NAne,o %. Clculos). En la misma es posible)isuali'ar la cantidad de xilano ue contiene la materia prima

empleada( adems de slidos solubles( los cuales corresponden a la

suma de la cantidad de glucano( arabinano( galactano & mananoW

pol+meros compuestos por estructuras de cinco & seis carbonos.

@ambi/n se obser)an los slidos insolubles presentes en la materia

prima( *ormados por el conjunto de lignina( ceni'as & resto de

componentes no solubles ue completan el ;; de la materia seca.

Co'puestos

Xilano 55

"olubles =(H

nsolubles 3H(=

Agua ;(3

@otal ;;

@abla H. Composicin paja de trigo para la produccin de xilitol.


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H.3. El proceso A2EX co'o pro'otor de la ruptura de la paredcelular+

El proceso AFEX( o explosin por )apor con a&uda de la disolucin de

amoniaco ,AFEX( siglas en ingles ue recogen el t/rmino Ammonia

Fiber Expansion-( reali'a un cambio *+sico en los pol+meros ue

constitu&en las 9bras de la materia prima ,paja de trigo- empleada

en la produccin del xilitol. "eguidamente se reali'a un anlisis de

cul es la *uncin espec+9ca de este tratamiento & por u/ es

)entajoso su uso. Adems se introduce en este apartado N#. Materia

primaO porue es una de las caracter+sticas principales de la planta

piloto & &a ue trans*orma la materia prima aumentando la e9cacia de

su procesado.

#n tratamiento e9ca' debe ser de bajo coste & bajo consumo

energ/tico( *cil recuperacin & reutili'acin( adems de ser aplicable a

di)ersos materiales con e9ciencia & reproducibilidad. As+ mismo( debe

e)itar la degradacin o p/rdida de carbo0idratos o *ormacin de

subproductos in0ibitorios para las en'imas & microorganismos en losprocesos de 0idrlisis & *ermentacin. @odas estas condiciones las

cumple el tratamiento pre)io AFEX( sir)iendo el mismo para tratar paja

de trigo( materia prima del presente PFC( baga'o de caa de a'Gcar(

rastrojo de ma+'( paja de arro'( entre otros tantos.

El tratamiento pre)io AFEX es un tratamiento rpido ,5? minutos- en

el cual la reaccin ocurre en *ase l+uida a temperaturas relati)amente

bajas( en un reactor presuri'ado con una disolucin amoniacal deconcentracin conocida. En prximos apartados se de9nirn estos

parmetros. $s del 44 del amoniaco utili'ado se recupera sin

e2uentes ue tratar & los posibles restos sern neutrali'ados mediante

la adicin de acetato de sodio( cu&as cantidades sern de9nidas en el

NAne,o %/ ClculosO. "e logra reducir el tiempo de tratamiento al

garanti'ar ue la reaccin ocurra principalmente en *ase l+uida.

Debido a la accin del amoniaco( acrecentada por la 0umedad( al

incremento de temperatura & a la despresuri'acin sGbita( el

tratamiento AFEX a*ecta el ordenamiento estructural del material(


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incrementando la accesibilidad del agua en la estructura 9brilar. 1a

descompresin )iolenta durante el tratamiento produce la ruptura de

la estructura 9brilar & por ende de los enlaces de 0idrgeno ue

mantienen unidas a las 9bras entre s+( exponiendo nue)os espacios &grupos polares ue no se encontraban disponibles. Estudios pre)ios

0an demostrado ue el material tratado por AFEX es tres


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)eces ms susceptible a la 0idrlisis en'imtica ue el material no

tratado. El proceso AFEX a&uda a la ruptura de los enlaces /steres(

principalmente entre la 0emicelulosa & la ligninaW & aumenta el rea

inter*acial del material. @ambi/n contribu&e a separar el material

)egetal & permite la con)ersin de la celulosa & 0emicelulosa en

a'Gcares monom/ricos por 0idrlisis en'imtica del material 4Q.

"eguidamente( se comenta en ma&or pro*undidad en u/ grado se

)en a*ectados los enlaces de la red polim/rica ue *orma la pared

celular de las plantas. 1a disolucin de amoniaco se usa para alterar la

red de enlaces de 0idrogeno presente en las nano9bras de celulosa(

desde su estado cristalino natural 0acia una *orma alotrpica(

aumentado de esta *orma su rendimiento *rente a la 0idrlisis. En la

*orma alotrpica ue se crea a partir del pol+mero( el complejo

en'imtico combinado de endocelulasa & exocelulasa tiene gran

acti)idad sobre la propia *orma alotrpica( &a ue existen

0endiduras( las cuales son lugares propicios para 0idroli'ar los enlaces

de la cadena polim/rica de 0emicelulosa. De todas *ormas sobre este

tema se pro*undi'ar aGn ms en el apartado N0.'. !acaricaci(nO.

Raciendo una reminiscencia al inicio del prra*o anterior( se 0a de

recordar ue los tratamientos pre)ios de la biomasa con a&uda de

disoluciones de amoniaco( permiten sutiles cambios mor*olgicos &

*+sicos?u+micos ue mejoran la accesibilidad de la en'ima( sin

necesidad de extraer la lignina & 0emicelulosa en corrientes l+uidas

separadas. En de9niti)a( el tratamiento pre)io AFEX( es capa' de

alterar sutilmente la distribucin de la lignina & la 0emicelulosa a

tra)/s de la extraccin7redeposicin sobre super9cies exteriores de la

pared( sin alterar la u+mica del nGcleo de la lignina( para crear una

pared celular porosa a las en'imas 5;Q.

Como se muestra en la Figura & se 0a desglosado en los

prra*os anteriores( la *uncin del tratamiento pre)io AFEX es la

disociacin de las 9bras ue *orman la pared celular de la biomasa

lignocelulsica.


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Figura . Esuema del papel reali'ado por la disolucin de amoniaco en el

tratamiento pre)io

AFEX 5Q.

6. Proceso de obtencin de 3ilitol+ 8ecnolo$#a e'pleada+

9+-+ Descripcin del proceso+

"e 0a planteado el diseo de una planta piloto cu&o objeti)o es la

produccin de xilitol a partir de paja de trigo( ue ser alcan'ado

mediante un proceso de tratamiento de de materias lignocelulsicas(

seguido de una *ermentacin. 1a materia prima ,paja de trigo- procede

de los residuos agr+colas producidos tras el culti)o del trigo en la

pro)incia de Cdi'( dic0a paja de trigo tiene la composicin adecuada

para lle)ar a cabo su procesado & obtener xilitol( composicin ue se

mostr en el apartado N#.1. Caracteri2aci(n de la materia primaO. Por

otra parte la disolucin de amoniaco al 3; ser aduirida a tra)/s de

un distribuidor o9cial( al igual ue ocurrir con el coctel de en'imas

necesarias para el proceso de 0idrlisis en'imtica.

El sistema reuiere de los siguientes euipos( cu&as caracter+sticas se

describen en el apartado N3. 4escripci(n de equiposO de la presente

$emoria.

? $olino.

? @anue de disolucin de amoniaco.? !eactor de tratamiento pre)io AFEX.

? ntercambiador de calor.


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? Caldera.


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? !eactor de 0idrlisis en'imtica.

? Fermentador.

? @uber+as( accesorios & bombas.

1a capacidad de procesado de dic0a planta piloto permanecer

constante en ;; Bg70. "e debe tener siempre presente ue el

*uncionamiento de la planta piloto es discontinuo.

En primer lugar la paja de trigo se introduce seca en la primera

unidad. Esta unidad es un molino( del tipo martillos( en el cual se

introduce la alimentacin por su parte superior & la materia procesada

se recoge por su parte in*erior. El molino tiene una capacidad de


126/572

amoniaco. #na )e' transcurrido el tiempo necesario se libera

sGbitamente toda la presin acumulada en el sistema e)aporndose la

disolucin ue 0ab+a empapado a los tro'os de paja de trigo.

Durante el transcurso de los minutos el sistema alcan'a una presin

de operacin de 54(= psi( o lo ue es lo mismo 4(;


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se 0an calculado en el NAne,o %. ClculosO. 1a presin de operacin se

alcan'a debido a ue la solucin a la temperatura de operacin de

4;C produce )apores ue alcan'an dic0a presin. Para reali'ar la

descompresin sGbita & ue se produ'ca la explosin de )apor se

aplica un sistema de control a la )ariable tiempo. El control de la

)ariable tiempo actGa 9nalmente sobre una electro)l)ula ue libera la

presin del sistema una )e' transcurridos los minutos. Este sistema

de control ueda de9nido con ma&or amplitud en el apartadoO 5.'.%.

Control sobre el reactor de tratamiento previoO.

1a e)aporacin sGbita de un l+uido produce una explosin( de a0+ el

nombre de este tipo de tratamiento pre)io ,AFEX> Ammonia Fiber

Expansion-. Esta explosin produce la ruptura de la pared celular lo

ue da lugar a cadenas polim/ricas susceptibles de ser 0idroli'adas(

siendo este proceso el ue tiene lugar a continuacin. El reactor de

tratamiento pre)io AFEX produce 4(


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El agua de red ue 0a sido acondicionada a una temperatura de

unos 3HC es introducida en el reactor de tratamiento pre)io AFEX

para aadir la cantidad de agua necesaria( ue es de ;4(H6< Bg70.

En la corriente de agua se inclu&e (


129/572

reactor de 0idrolisis en'imtica a tra)/s de tuber+as & ser impulsada

a su interior con a&uda de una bomba centri*uga( cu&o modelo &

caracter+sticas se detallan en el apartado N3.%6. Bombas y !oplantesO.

1as dimensiones del reactor de 0idrolisis en'imtica son 5=(44

mm de dimetro & H=5(


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pala plana. En la *ermentacin se trans*orman los a'Gcares en su

alco0ol correspondiente a tra)/s de las le)aduras concretamente en

este caso( las le)aduras se alimentan de la xilosa presente en el medio

excretando al mismo el xilitol( objeti)o de produccin del presente

Pro&ecto. "e recircular una peuea porcin de la corriente ue se

obtiene como producto para


131/572

e)itar de esta manera tener ue reali'ar un nue)o arranue del

sistema( proceso ue es lento & di9cultoso( &a ue se debe crear un

culti)o pre)io ue se introducir en el sistema como inculo & 0abr

ue tener especial cuidado con las condiciones ptimas para ue la

poblacin de le)aduras no caiga 0asta morir todas( e)itando arrancar el

sistema de nue)o. Como producto 9nal se obtendrn ;(


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gran *raccionamiento del material & con)ersiones por encima del ;

en compuestos de arabinoxilanos( susceptibles de ser trans*ormados

posteriormente en sus a'Gcares & 9nalmente en sus alco0oles(

objeti)o 9nal del presente Pro&ecto. Por Gltimo se re)isarn los

pretratamientos u+micos ue utili'an sol)entes u+micos para la

ruptura de la matri' de lignina.


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? 8rata'ientos !#sicos+

El primer tratamiento al ue debe en*rentarse la paja de trigo( una

)e' 0a sido recepcionada en la planta piloto( es una molienda( ue es

un tratamiento *+sico. 1a *uncin ue cumple esta molienda es

disminuir el tamao de part+cula( &a ue un si este es peueo se

*acilita el tratamiento 0idrot/rmico( pero aumenta considerablemente

el gasto energ/tico en la molienda. Alternati)amente( un tamao

grande puede dar lugar a limitaciones di*usionales( respecto a la

distribucin de la disolucin de amoniaco en el interior de las

part+culas de paja de trigo. 1o usual en los trabajos de laboratorioson tamaos de part+cula en el inter)alo ;(?; mm( mientras ue a

escala industrial o de planta piloto son normales tamaos de )arios

cent+metros 55Q.

Ra& ue tener en cuenta ue en condiciones se)eras las

0emicelulosas se solubili'an en gran proporcin( pero tambi/n aumenta

signi9cati)amente los productos de descomposicin no deseados

,*ur*ural & R$F-. Por tanto( es preciso encontrar un conjunto de )aloresde operacin ue den lugar a un mximo de 0emicelulosas solubles

recuperables en la *ase l+uida como a'Gcares indi)iduales o como

oligmeros ,ambos productos deseados-( compatibles con la

minimi'acin de *ormacin de productos de degradacin 55Q. 1os

oligmeros son mol/culas con di*erentes radicales asociados entre s+.

1a radiacin de alta energ+a es otro tipo de tratamiento *+sico( este

tipo de irradiacin rompe los enlaces f ?glucos+dicos & los enlaces

entre la celulosa & la lignina. Este tipo de pretratamiento es de di*+cil

aplicacin t/cnica debido a la baja densidad de los materiales a tratar &

las altas dosis reueridas ue obligan al diseo de instalaciones mu&

complejas & de alto costo. Es debido a estos incon)enientes por lo ue

no se emplea 55Q.

@ambi/n existe otro tipo de tratamiento *+sico como es la pirlisis. Eneste tratamiento el material es sometido a altas temperaturas(

cercanas a 3;; C( donde la celulosa se descompone rpidamente en


134/572


compuestos gaseosos. "i se trata el material a temperaturas ms bajas

se pueden lograr modi9caciones estructurales. Por otra parte existe la

posibilidad de tratar estos materiales mediante 0idrlisis cida sua)e(

obteni/ndose con)ersiones de a'Gcares del orden del


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a'Gcares para la obtencin de etanol( lo cual no es interesante &a ue

se busca obtener xilitol. De a0+ ue no se emplee este tratamiento en

el presente Pro&ecto. 8tra problemtica de esta tecnolog+a es

medioambiental &a ue se producen emisiones ue se 0an de tratar( a

lo ue se suma ue las pol+ticas medioambientales actuales & *uturas

no respaldan este tipo de procesos 55Q.

A continuacin se describirn los procesos *+sicos a los ue se

someter la paja de trigo( comen'ando por la molienda. Dentro de la

molienda existen )arios tipos de procesado de la materia( en concreto

dos tipos di*erentes( uno de ellos es la trituracin( la cual entendemos

como romper( mac0acar( una materia solida ,piedra o mineral- 0asta

con)ertirla en *ragmentos o incluso pol)o( & el otro procesado de la

materia es la molienda( entendida como la reduccin de tamao

incluso 0asta con)ertir la materia en pol)o mediante la *riccin(

especialmente entre dos super9cies duras 55Q.

En este caso es de inter/s la molienda( &a ue el material( al cual se

desea reducir el tamao( no es duro( se trata de una materia

lignocelulsica ,paja de trigo-( aunue tambi/n existen algunos euiposde molienda destinados a disminuir el tamao de rocas o minerales.

@ambi/n 0a& ue di*erenciar ue dentro de los molinos existen

di*erentes tipos de los mismos. 1os tipos de molinos son los siguientes>

? $olino de)olteo.

Estos molinos tienen una carcasa cil+ndrica o cnica( rotan en uneje 0ori'ontal & se cargan con elementos de molienda como bolas

de acero( pedernal o porcelana o con )arillas de acero. El molino

de bolas di9ere del molino de tubos por ser corto en longitud. "u

longitud por regla general no se aleja de su dimetro como se

aprecia en la Figura 5. 1a alimentacin para molinos de bolas puede

ser tan grande como 5( cm 0asta = cm , a 75 in- para materiales

mu& *rgiles( aunue el tamao principal es generalmente cm ,75

in-. 1a ma&or+a de molinos de bolas operan con una ra'n de


136/572


reduccin de 5; a 5;;>. 1as bolas de ma&or tamao son de 3 cm ,

in- 53Q.

El molino de tubo es generalmente largo en comparacin con su

dimetro( usa bolas peueas( & produce un producto 9no. El

compartimiento del molino consiste en un cilindro di)idido en dos o

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Xilitol a Partir de Trigo