Saccharification and fermentation of the lignocellulosic residues of the orange to obtain bioalcohol

• Pablo Enrique Alcívar-Mendoza Maestría Académica con Trayectoria Profesional en Agroindustria- Instituto de Posgrado Departamento de Procesos Agroindustriales-Facultad de Ciencias Zootécnicas - Universidad Técnica de Manabí, Chone, Ecuador https://orcid.org/0000-0001-5749-0248
• José Patricio Muñoz-Murillo Departamento de Procesos Agroindustriales-Facultad de Ciencias Zootécnicas - Universidad Técnica de Manabí, Chone, Ecuador https://orcid.org/0000-0002-9161-685X
• Christhel Alejandra Andrade-Díaz Departamento de Procesos Agroindustriales-Facultad de Ciencias Zootécnicas - Universidad Técnica de Manabí, Chone, Ecuador https://orcid.org/0000-0002-2448-6186
• Alex Alberto Dueñas-Rivadeneira Departamento de Procesos Agroindustriales-Facultad de Ciencias Zootécnicas - Universidad Técnica de Manabí, Chone, Ecuador https://orcid.org/0000-0002-8603-0694

Keywords: Biomass Lignocellulosic, enzymatic hydrolysis, plant by-product

Abstract

The production and consumption of oranges generates a large amount of lignocellulosic waste that is deposited in landfills without receiving any type of treatment that allows it to be used as by-products. The objective of the present investigation was to obtain bioalcohol through the saccharification and fermentation of lignocellulosic residues of the peel of the orange (Citrus sinensis). Three (3) different levels of sulfuric acid were used as treatment, to alter the lignocellulosic structure of the biomass, subsequently, a hydrolysis with cellulase enzymes was carried out, analyzing the presence of reducing sugars by spectrophotometry. The fermentation was carried out with two (2) different concentration levels of Sacharomyces cerevisiae yeast, subsequently, it was distilled and the presence of volatile organic compounds was determined by gas chromatography. The reducing sugars present in the highest proportion were: glucose (26.6 ± 0.77 g.L^-1) and fructose (21.26 ± 0.51 g. L^-1); the volatile organic compound with the highest concentration was ethanol (76.96%) and the index with the highest bioalcohol yield was obtained with the treatment with the highest concentration of sulfuric acid and yeast (12.72 ± 0.65 g. L^-1); Orange peels are by-products of vegetable origin that can be used for the production of bioalcohol with percentages of ethanol higher than 76%.

References

Alata, E., Y. Cuadros, L. Miranda, y E. Medina. 2019. Biopelículas Producidas con Cáscaras de Naranja y Reforzadas con Celulosa Bacteriana. Rev. Soc. Quím. Perú. 85(2), 231-241. Disponible en: http://www.scielo.org.pe/pdf/rsqp/v85n2/a10v85n2.pdf

Angulo, V. 2018. Caracterización de subproductos agroindustriales: naranja y maracuyá. Rev. Ingeniería y Región. 20: 59-66. Disponible en: https://journalusco.edu.co/index.php/iregion/article/view/1916.

AOAC. 2002. Official Methods of Analysis. 17 ed. USA. Disponible en: www.aoac.org.

Benalcázar, H., M. Benavides, D. Córdoba y P. Ortega. 2019. Generación de un biocombustible, producto de la cáscara de naranja y papa. Boletín Informativo CEI. 6(1), 89-96. Disponible en: http://editorial.umariana.edu.co/revistas/index.php/BoletinInformativoCEI/article/download/1953/2032

USDA, United States Department of Agriculture Foreing Agricultural Service. 2021. Citrus: World Markets and Trade. Available in: en: https://apps.fas.usda.gov/psdonline/circulars/citrus.pdf

Cando, S., R. Fernández y K. Cando. 2019. Los biocombustibles: análisis de los cultivos energéticos y la biomasa lignocelulosica. Universidad Ciencia y Tecnología. 1(3):132-138. Disponible en: http://uctunexpo.autanabooks.com/index.php/uct/article/view/96/95

Carranza, D., J. Alvarado, D. Méndez, C. Valenzuela y J. Solanilla. 2015. Pretratamiento de residuos de banano para la obtención de azúcares fermentables. Rev. venez. cienc. tecnol. Alimento. 6(1): 22. Disponible en: https://www.researchgate.netpublication298524897_Pretreatment_of_residues_from_plantain_Musa_paradisiaca_L_AAB_and_arracacha_Arracacia_xanthorrhiza_Bancroft_for_obtaining_fermentable_sugars

Manrique, A. 2018. Visión general del aprovechamiento de residuos cítricos como materia prima de biorrefinerías. Cuadernos del Tomás, (10): 153-168. Disponible en: https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/6573031.pdf

Melo, J., S. Saavedra, A. Jacipt. 2017. Evaluación de la adsorción de Cu+2 y azul de metileno en biosorbentes de bajo costo obtenidos a partir de biomasa residual de la agroindustria de cítricos. Revista Ambiental Agua, Aire y Suelo 8(2):15-26. Disponible en: http://revistas.unipamplona.edu.co/ojs_viceinves/index.php/RA/article/view/3277/1911

Morales, S. 2015. Hidrólisis ácida de celulosa y biomasa lignocelulósica asistida con líquidos iónicos. Universidad Autónoma de Madrid. Facultad de Ciencias, Departamento de Química-Física Aplicada. Tesis doctoral. Disponible en: https://digital.csic.es/bitstream/10261/132717/1/morales_de_la_rosa_silvia.pdf

Ordoñez, E., D. Reátegui y J. Villanueva. 2018. Polifenoles totales y capacidad antioxidante en cáscara y hojas de doce cítricos.Sci. agropecu. 9(1), 113-121 Padilla, R. 2019. Obtención de bioetanol a partir de residuos de naranja (Citrus sinensis) y limón (Citrus aurantifolia) mediante enzimas celulolíticas. Universidad Tecnológica Equinoccial. Facultad Ciencias de la Ingeniería e Industrias, Ingeniería Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales. Tesis - UIO http://repositorio.ute.edu.ec/handle/123456789/20705

Paredes, D. 2016. Obtención de enzimas celulasas por fermentación sólida de hongos para ser utilizadas en el proceso de obtención de bioalcohol de residuos del cultivo de banano. Revista Tecnológica-ESPOL, 23(1): 81-88

Pascual, I. 2019. Producción Biotecnológica de Ácido D-Láctico a partir de residuos de naranja. Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Química y de Materiales. Tesis doctoral. Disponible en: https://eprints.ucm.es/id/eprint/58053/1/T41519.pdf

Seogn, Ch., Y. Lee, S. Kumar, B. Jae y H. Jong. 2015. A low-energy, cost-effective approach to fruit and citrus peel waste processing for bioethanol production. Applied Energy. 140, 65-74.