PRODUCCIÓN DE XILITOL A PARTIR DE LA HIDROGENACIÓN DE XILOSA EN FASE ACUOSA CON CATALIZADORES DE NÍQUEL

Resumen

El bagazo de caña de azúcar es un residuo que se encuentra disponible en Argentina en grandes cantidades, dado que se generan 180-280 kg de bagazo/tonelada de caña de azúcar procesada, y tiene bajo costo; está compuesto por polímeros de celulosa y hemicelulosa (70-75%), que pueden ser convertidos a monosacáridos para su posterior conversión catalítica a productos de mayor valor agregado, como el xilitol. Este producto es altamente soluble en agua, presenta gran capacidad edulcorante por lo que es utilizado como un sustituto del azúcar, especialmente adecuado para el consumo de personas diabéticas; además posee propiedades anti-caries y anti-carcinógenas, entre otras. El objetivo de este trabajo es estudiar la hidrogenación de muestras de xilosa provenientes de tratamientos hidrotérmicos del bagazo de caña de azúcar, utilizando catalizadores de Ni/Al₂O₃ y Ni-Raney para obtener xilitol.
El bagazo de caña de azúcar se recolectó, se desmeduló y trató con agua caliente en condiciones isotérmicas a 180ºC y 20 min (más detalles en Vallejos et al., 2015), utilizando un reactor calentado con vapor directo sin agitación, obteniéndose así el "Licor 3", con 360 g/L de polímero. Dado que la solubilización de xilanos en el "Licor 3" es parcial, una parte de este licor diluido se hidrolizó con H₂SO₄ al 1% y se concentró, obteniéndose así el "Licor 2". Por último, una parte de este licor concentrado se trató con carbón activado (más detalles en Vallejos et al. 2016), lográndose así el "Licor 1" con mayor grado de purificación. Las muestras líquidas se analizaron y cuantificaron por HPLC, hallándose xilosa, celobiosa, glucosa, arabinosa, ácido acético, ácido fórmico, HMF y furfural.
La reacción de hidrogenación en fase liquida se realizó en un reactor batch de alta presión. Los catalizadores utilizados fueron Ni/γ-Al₂O₃ (10% p/p) y Ni-Raney. En primer lugar, se determinaron las condiciones óptimas. Para ello, se ensayó la hidrogenación de de xilosa comercial entre 100 a 130ºC y 20 bar de presión de hidrogeno con el catalizador Ni/γ-Al₂O₃. Se observó que a 100ºC se obtiene xilitol como único producto de reacción, alcanzando una conversión de xilosa del 58% luego de 2 horas. A mayor temperatura, 130ºC, si bien la conversión aumenta a 80%, se observa una pérdida de selectividad a xilitol (74%) debido a la aparición de productos de degradación de la xilosa. Con el catalizador Ni-Raney a 100ºC y 20 bar, se observó una conversión de 37%, concluyendo que existe un efecto favorable del soporte γ-Al₂O₃ en la reacción.
Para evaluar el efecto de los otros sacáridos e impurezas presentes en los licores provenientes del bagazo de caña de azúcar, se realizaron ensayos de hidrogenación de mezclas de xilosa y glucosa; de xilosa y furfural; y de xilosa y ácido acético con el catalizador Ni/γ-Al₂O₃. Se concluyó que la glucosa no influye en la conversión de xilosa a xilitol, dado que la conversión fue de 55%. Tampoco se observó influencia del furfural en la conversión. Por otro lado, la presencia de ácido acético provoco una disminución de la conversión de xilosa, (15%) y además se produjo pérdida o "leaching" de níquel. Teniendo en cuenta este resultado se realizó la hidrogenación del "Licor 1" ajustando el pH a 6. Con el catalizador Ni/γ-Al₂O₃ se obtuvo una conversión de 47%, mientras que con el catalizador Ni-Raney, la conversión de xilosa fue del 73%, concluyendo que el efecto del leaching de níquel afecta mucho más al catalizador soportado Ni/ γ-Al₂O₃.

s, estos catalizadores mostraron un desempeño aceptable luego de tres ciclos consecutivos de reacción. Sin embargo, la conversión obtenida fue menor ciclo tras ciclo, producto del bloqueo y lixiviado de los sitios ácidos.