7.3a: Composición del Maíz y Rendimiento de Etanol del Maíz

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7.3a Composición del Maíz y Rendimiento de Etanol del Maíz

Como se estableció en la sección anterior, el maíz tiene el costo total menos costoso para la producción de etanol. Entonces, ¿qué parte del maíz se usa para el etanol? Principalmente el grano de maíz se utiliza para la producción de etanol. La Figura 7.8 muestra la composición general del maíz. Se trata de una imagen de maíz abollado amarillo, que se utiliza comúnmente para la producción de etanol. El endospermo está compuesto principalmente por almidón, el almacenamiento de energía del maíz y proteínas para la germinación. Es el almidón que se utiliza para hacer combustible. El pericarpio es la cubierta exterior que protege el grano y conserva los nutrientes en su interior. El pericarpio resiste el agua y el vapor de agua y protege contra insectos y microorganismos. El organismo vivo en el núcleo es el germen. Contiene información genética, enzimas, vitaminas y minerales, que ayudan a que los granos se conviertan en una planta de maíz. Alrededor del 25% del germen es aceite de maíz y es una parte valiosa del grano. La tapa de la punta es donde el grano está unido a la mazorca, y el agua y los nutrientes fluyen a través de la tapa de la punta Esta parte del núcleo no está cubierta por el pericarpio.

capas de grano de maíz etiquetadas como se describe en el texto anterior. De afuera en: Pericarpio, endospermo y germen. La tapa de la punta está en la parte inferior — Figura 7.8: Composición de un grano de maíz.

El almidón es un polímero. Se compone de unidades de D-glucosa. Por lo tanto, los componentes de glucosa afectan directamente los rendimientos de etanol Los componentes del maíz dentado amarillo son los siguientes. Se compone principalmente de almidón, al 62%. El grano de maíz también está compuesto por proteína y fibra (19%), agua (15%) y aceite (4%). También puede contener trazas de otros constituyentes, pero estos son pequeños en relación con los componentes principales. Si recuerdas de la Lección 6, el almidón está compuesto por dos moléculas poliméricas diferentes: amilosa y amilopectina. Si se tiene en cuenta estos dos carbonos, el almidón se puede romper en estos componentes: la amilopectina es 50% del grano de maíz amarillo dentado (80% del almidón) y amilosa es 12% del grano (20% del almidón).

Un bushel de maíz (56 lbs.) puede proporcionar varios productos. El bushel puede proporcionar:
31.5 lbs. de almidón
O
33 lbs. de edulcorante
O
2.8 gal. de etanol combustible
O
22.4 lbs de fibra de PLA, que es un polímero a base de almidón llamado ácido poliláctico

Además, el maíz aportará 13.5 lbs. de alimento para gluten (20% de proteína), 2.5 lbs. de harina de gluten (60% de proteína) y 1.5 lbs. de aceite de maíz. Con base en esta información, podemos calcular el rendimiento real al rendimiento teórico y determinar el porcentaje de rendimiento que podemos lograr para la conversión de etanol. Esto se muestra a continuación:

1 bushel de maíz:

56 lbs/bu x 62% almidón = 34.7 lbs de almidón/bu

34.7 lbs almidón x 1.11 lbs glucosa/lb almidón = 38.5 lbs glucosa/bu

La reacción de la glucosa al etanol:

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 2C ₂ H ₅ OH + CO ₂

180g/mol 2*46 g/mol

38.5 lbs de glucosa x 92 lbs de EtOH/180 lbs de glucosa = 19.7 lbs EtOH/Bu

19.7 lbs EtOH x 1 gal EtOH/6.6 lbs = 3.0 gal EtOH/Bu teórico

100 x 2.8/3.0 = 93% de rendimiento de etanol, típicamente

Como se discutió en la Lección 5 para el pretratamiento de biomasa lignocelulósica, la descomposición de la glucosa también requiere hidrólisis. A medida que el agua se ioniza en H+ y OH-, romperá una molécula como la maltosa en dos moléculas de glucosa. La reacción no ocurre rápido sin una enzima (Lección 6) ni ácido/calor (Lección 5). La Figura 7.9 muestra la relación de monómero de glucosa a la subunidad de glucosa en almidón. Cuando el almidón se descompone, se hace añadiendo la molécula de agua para formar la glucosa. Aquí es donde se deriva el valor de lbs glucosa/lb almidón para el cálculo anterior.

maltosa reaccionando en agua para formar dos moléculas de glucosa. También muestra masas molares y que hay 1.11g de glucosa/1g de almidón — Figura 7.9: Maltosa reaccionando en agua para formar dos moléculas de glucosa.