Desarrollo de una biorrefinería de subproductos del tabaco con fluidos supercríticos

Abstract

La producción de tabaco en Argentina se concentra en las provincias del norte del país, debido a las condiciones climáticas favorables. Entre las provincias de Salta y Jujuy se producen en promedio unos 70.000 tn/año de láminas de FCV, que generan 35.000 tn de subproductos o residuos. En este trabajo se aportan estudios para desarrollar una biorrefineria sostenible con los subproductos de la industria tabacalera, utilizando fluidos supercríticos como CO2 y H2O como disolventes y medio de reacción. Se propone valorizar los subproductos, expandiendo la cadena de valor actual y contribuyendo a la sostenibilidad de esta importante industria en la provincias del noroeste argentino. Entre las fortalezas identificadas para valorizar estos subproductos están la composición química, alto rendimiento de biomasa en kg/ha, alto nivel de conocimiento en el cultivo agrícola, abundantes antecedentes de investigaciones en usos alternativos al actual, la economía de escala en la producción industrial y el acceso a subproductos y residuos en volumen, y centralizado en centros de acopio, lo que favorece la homogeneidad y accesibilidad del producto. La memoria presenta las caracteristicas de los subproductos generados en la industria de procesado de tabaco, para su uso como materia prima en una biorrefinería. La tesis aporta los resultados experimentales que demuestran la viabilidad de la extracción de solanesol y nicotina de los subproductos obtenidos en el procesado del scrap de tabaco, con CO2SC. Se ha analizado el efecto de las variables de operación (presión, temperatura, tiempo de extracción) y se aplicó un modelo fenomenológico de la extracción para obtener los coeficientes de solubilidad y transferencia de masa. Además, se fraccionó los extractos obtenidos mediante extracción líquido-líquido para conseguir una fracción con alto contenido en solanesol y otra con alto contenido en nicotina. Los resultados muestran que se requieren diferentes condiciones según el propósito de la extracción: baja presión (15 MPa) para aumentar el rendimiento de los extractos en solanesol, y alta presión (37 MPa) para promover la extracción de nicotina, mientras que los resultados del modelo indican que los mejores resultados se obtuvieron en condiciones en las que la extracción fue controlada por los parámetros de solubilidad. Estos resultados aportan la información necesaria para la valorización de los compuestos extractivos en CO2SC de los residuos producidos por la industria tabacalera. El subproducto obtenido de la etapa de extracción con CO2SC, contiene una fracción próxima al 60% de compuestos solubles en agua, como azucares libres, pectina, y otros. Además de 10% de proteínas, 10% de celulosa, 6% de lignina, 10% de humedad y en menor proporción hemicelulosas y cenizas. El scrap de la planta de tabaco procedente de la etapa de extracción con CO2SC, se ha tratado en un proceso de hidrólisis en ASC tanto a escala laboratorio como de planta piloto. Las condiciones de operación han sido temperaturas entre 374-400ºC, presiones de 25MPa. El último capítulo de la tesis está dedicado a estudiar una aplicación del solanesol obtenido del scrap de tabaco, mediante extracción supercritica en el capitulo 2. Su utilización como precursor en un cultivo de Rhizobium radiobacter para obtener la CoQ10. El solanesol se encapsula en N-Lok formando una emulsión que facilita su disolución en el medio de cultivo. Los resultados muestran que se consigue multiplicar por 10 la producción de CoQ10 sobre la obtenida en el control. Los resultados de este estudio permiten proponer una refineria en cascada. La fracción de extractivos se puede valorizar por extracción con agua y posterior etapa de fermentación. La concentración de proteínas permite su valorización, y el residuo remanente se fracciona mediante un proceso de hidrólisis en ASC, produciendo un efluente liquido rico en azucares que se valoriza por fermentación.