Effect of dilute sulfuric acid pretreatment on the physicochemical properties and enzymatic hydrolysis of coffee cut-stems

Coffee-cut stems are a potential fermentable sugars source, which can be upgraded in different value-added products and energy vectors. Nevertheless, there are few reports focused on the acid pretreatment and saccharification processes. Thus, this paper evaluates the effect of the acid pretreatment and saccharification conditions of coffee cut-stems to find the highest sugar yield. Thereafter, the influence of the residence time in the acid pretreatment and the -glucosidase supplementation in the saccharification process were analyzed. The combined severity factor and crystallinity index were used as metrics to evaluate both processes. In all assays, an increase in the crystallinity index was observed. Furthermore, a nonlinear trend of the combined severity factor respect to the residence time in the acid pretreatment was evidenced. The highest sugar yield was 66.75% with a combined severity factor of 1.84. The better saccharification process was achieved at combined severity factor of 2.01 with a digestibility of 43%. The addition of -glucosidase in the enzymatic hydrolysis allows increasing the value to 69.07%. Hence, low temperatures, acid concentrations, and the -glucosidase supplementation allows obtaining a high sugar yield from coffee cut stems.The authors express their gratitude for the financial support to the Programme of ERASMUS + - International Credit Mobility celebrated between the Universidad Nacional de Colombia at Manizales and the University of Minho. The COLCIENCIAS program “Jóvenes Investigadores e Innovadores, Convocatoria 761 de 2016”, the international collaboration project COLCIENCIAS – CONICYT with code PCCI140052, HERMES code 23567 (23876) entitled “Análisis Tecno-económico y Ambiental de Biorefinerías a partir de Residuos Lignocelulósicos con Esquemas de Recirculación de Microorganismos”, the research program entitled “Reconstrucción del tejido social en zonas posconflicto en Colombia” SIGP code: 57579 with the project entitled “Competencias empresariales y de innovación para el desarrollo económico y la inclusión productiva de las regiones afectadas por el conflicto colombiano” SIGP code 58907. Contract number: FP44842-213-2018.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Pretratamientos de etapa simple y secuencial para biorrefinerías lignocelulósicas sostenibles

gráficas, tablasPretreatments have been considered the first step in designing biorefineries since they facilitate biomass fractionation to produce platform products, affecting further reaction and downstream stages. However, many studies report the use and enhancement of single-step pretreatments for valorizing a specific sub-stream, hindering integral biomass valorization. Therefore, sequential pretreatments seem to be an alternative to selective biomass component fractionation for future integral valorization. This thesis focuses on analyzing the performance of sequential pretreatments in the sustainability of biorefineries through experimental and simulation approaches. After a preliminary heuristic analysis of both single-step and sequential pretreatments, different proposed sequential combinations that best-isolated cellulose, hemicellulose, and lignin platforms were experimentally evaluated. It was determined that the dilute acid - wet air oxidation (DA-WAO) combination hydrolyzed 79% of hemicellulose during the first stage and 89% of lignin in the second stage, obtaining a pretreated solid with a cellulose recovery higher than 96%. All the platforms had an accessibility of more than 80%. The cellulose, hemicellulose, and lignin-based platform products were valorized to obtain value-added products such as levulinic acid, furfural, and phenolic compounds, respectively. As a main result, it was obtained that sequential pretreatments substantially increased the conversions compared to single-step schemes and raw feedstock, obtaining yields of 60.8% for the production of furfural and 30.3% for the acid reaction of levulinic acid production. In contrast, there was a slight reduction in vanillin and syringaldehyde production yield when performing a sequential scheme compared to the single-step. The experimental results were used to simulate and assess the sustainability of biorefineries coupled to the rice value chain. Sustainability was assessed through technical, environmental, economic, and social pillars. The main result was that biorefinery schemes increase technical indicators but increase waste generation. Likewise, economic feasibility was only observed when the three lignocellulosic fractions were valorized in a biorefinery scheme when the production of phenolic compounds was involved. From the environmental perspective, it was determined that the carbon footprint of the rice value chain was 2.17 kg CO2 / kg of rice husks, where fertilizers are the major contributors, while in the processing stage, steam had the greatest influence on the environmental impact. It was also observed that biorefinery schemes based on sequential technology increase employment generation; however, industrial water consumption represents a major social risk. All dimensions were coupled to evaluate the sustainability index, where it was concluded that sequential pretreatment schemes always increase sustainability compared to single-step pretreatment schemes (Texto tomado de la fuente)Los pretratamientos se han catalogado como el primer eslabón en el diseño de biorrefinerías ya que facilita el fraccionamiento de la biomasa para la producción de productos plataforma, afectando futuramente las etapas de reacción y aguas abajo. Sin embargo, muchos estudios relatan el uso y mejoramiento de pretratamientos de etapa simple para la valorización de una subcorriente, impidiendo la valorización integral de la biomasa. Por lo tanto, los pretratamientos secuenciales se ven como una alternativa para el fraccionamiento selectivo de los componentes de la biomasa para futuras valorizaciones integrales. Este trabajo se centra en analizar el desempeño de los pretratamientos secuenciales en la sostenibilidad de biorrefinerías a través de trabajo experimental y simulación. Posterior a un análisis heurístico preliminar de pretratamientos tanto de etapa simple como secuencial, se evaluó experimentalmente diferentes propuestas de combinaciones secuenciales que mejor aislaran productos plataforma de celulosa, hemicelulosa y lignina. Se determinó que la combinación acido diluido – oxidación por aire húmedo (DA-WAO) hidroliza el 79% de hemicelulosa durante la primera etapa y el 89% de lignina en la segunda etapa, obteniendo un solido pretratado con una recuperación de celulosa superior al 96%. Todas las plataformas tuvieron una accesibilidad superior al 80%. Los productos plataforma a base de celulosa, hemicelulosa y lignina fueron valorizados para la obtención de productos de valor agregado como el ácido levulínico, furfural y compuestos fenólicos, respectivamente. Como resultado principal, se obtuvo que los pretratamientos secuenciales aumentaron sustancialmente las conversiones en comparación a esquemas de etapa simple y a materia prima cruda, obteniendo rendimientos de 60.8% para la producción de furfural y 30.3% para la reacción acida de producción de ácido levulínico. En contraste, hubo una pequeña reducción en el rendimiento de producción de vainillina y siringaldehído al efectuar un esquema secuencial en comparación al simple. Los resultados experimentales fueron usados para la simulación y evaluación de la sostenibilidad de biorefinerias acoplado a la cadena de valor del arroz. La sostenibilidad fue evaluada a través de cuatro pilares: técnico, ambiental, económico y social. Como resultado principal se obtuvo que los esquemas de biorefineria aumentan indicadores técnicos pero aumentan la generación de residuos. Asimismo, únicamente se observó viabilidad económica cuando se valorizan las tres fracciones lignocelulósicas en un esquema de biorefinerias cuando se involucra la producción de comúestos fenólicos. Desde la perspectiva ambiental, se determinó que la huella de carbono de la cadena de valor del arroz fue de 2.17 kg CO2 / kg de cascarillad de arroz, donde los fertilizantes son los mayores contribuyentes, mientras que en la etapa de procesamiento el vapor fue quien mas influyó en el impacto ambiental. Asimismo, se observó que los esquemas de biorefineria basado en tecnología secuencial aumenta la generación de empleo; sin embargo, el consumo de agua industrial representa un gran riesgo social. Todos las dimensiones fueron acopladas para evaluar el índice de sostenibilidad, donde se concluyó que los esquemas a base de pretratamiento secuencial siempre aumentan la sostebilidad en comparación a los esquemas de pretratamiento de etapa simple"Sistema de Información de la Investigación, Extensión y Laboratorios - HERMES." Movilidad 12792 de la Universidad Nacional de ColombiaProyecto de investigación "Impulsando el desarrollo de biosurfactantes a través de su ciclo de vida sistemático." Número de contrato (MINCIENCIAS): 80740-903-2020Programa “Reconstrucción del tejido social en zonas posconflicto en Colombia” código SIGP 57579 con el proyecto titulado "Competencias empresariales y de innovación para el desarrollo económico y la inclusión productiva de las regiones afectadas por el conflicto colombiano” código SIGP 58907. Número de contrato (MINCIENCIAS): FP44842-213-2018DoctoradoDoctorado en Ingeniería - Ingeniería QuímicaBiotechnological Process EngineeringQuímica Y Procesos.Sede Manizale

Analysis of Single-Step Pretreatments for Lignocellulosic Platform Isolation as the Basis of Biorefinery Design

Biorefinery feasibility is highly influenced by the early design of the best feedstock transformation pathway to obtain value-added products. Pretreatment has been identified as the critical stage in biorefinery design since proper pretreatment influences subsequent reaction, separation, and purification processes. However, many pretreatment analyses have focused on preserving and valorizing six-carbon sugars for future use in bioconversion processes, leaving aside fractions such as hemicellulose and lignin. To date, there has been no pretreatment systematization for the removal of lignocellulosic fractions. This work defines pretreatment efficacy through operational, economic, environmental, and social indicators. Thus, using the data reported in the literature, as well as the results of the simulation schemes, a multi-criteria weighting of the best-performing schemes for the isolation or removal of cellulose, hemicellulose, and lignin was carried out. As a main result, it was concluded that dilute acid is the most effective for cellulose isolation and hemicellulose removal for producing platform products based on six- and five-carbon sugars, respectively. Additionally, the kraft process is the best methodology for lignin removal and its future use in biorefineries. The results of this work help to elucidate a methodological systematization of the pretreatment efficacy in the design of biorefineries as an early feasibility stage considering sustainability aspects

Alternatives for the Valorization of Avocado Waste Generated in the Different Links of the Value Chain Based on a Life-Cycle Analysis Approach

This work evaluates the sustainability of small-scale biorefineries as a potential enterprise alternative to be introduced in rural areas based on experimental and simulation data. Four scenarios were evaluated: the first scenario involves the production of guacamole, the second involves the production of animal feed, and the third and fourth scenarios involve the extraction of bioactive compounds and the production of avocado oil or animal feed, respectively. In addition, all scenarios produce biogas and fertilizer. Each of the scenarios were evaluated considering the technical, economic, environmental, and social aspects. As a main result, the first scenario showed the lowest operating and investment costs, as well as the lowest economic profitability (profit margin 35%). On the other hand, the third and fourth scenarios present the highest investment and operating expenses (OpEx USD 6.2 million per year and CapEx USD 1.0 million), but their profit margins are in the 60–70% range. Furthermore, a life-cycle assessment (LCA) was carried out and allows inferring that the transformer link presents the highest environmental impact of the entire value chain and that the carbon footprint for all scenarios ranges between 1.01–2.41 kg CO2 eq per kg avocado. Similarly, the social impact methodology shows that the proposed scenarios do not present any social risk. Thus, the biorefinery for animal feed, bioactive compounds, biogas, and fertilizer was selected as the best option to be implemented in Caldas

Potential for Sustainable Production of Natural Colorants in the Tropical Forest: A Biorefinery Case of Annatto Seeds

Tropical forests are a source of several high-value products that provide livelihood to small communities in different regions. Exotic fruits such as annatto are feedstock sources containing bioactive compounds with important applications in the food industry. Nevertheless, the integral use of annatto for community improvement and the crop’s contribution to carbon sequestration in tropical forests have not been analyzed. This paper aims to demonstrate the economic and environmental performance of small-scale alternatives to obtain natural colorants using annatto seed. The extraction of natural colorants (bixin and norbixin) was analyzed using ethanol and NaOH as solvents. The experimental results were used to simulate two scenarios. Scenario one involved bixin production, and scenario two comprised bixin and norbixin production. The economic and environmental assessments were performed considering the life cycle assessment (LCA) methodology based on a Colombian context. The best extraction yield was 72.65 mg g−1 for bixin and 193.82 mg g−1 for norbixin. From a simulation perspective, scenario two showed the best economic performance since a payback period of 3.1 years was obtained. The LCA showed a high CO2 sequestration potential (6.5 kg CO2 eq kg−1 seed) of the annatto crop. Moreover, the solvents used during the colorant extraction proved to be the most environmentally representative. Nevertheless, the CO2 sequestration of the crop continues to exceed the emissions generated by the process. This work demonstrates that the annatto is an alternative for small communities to reach equilibrium between the economic and environmental of the tropical forest

Potential for Sustainable Production of Natural Colorants in the Tropical Forest: A Biorefinery Case of Annatto Seeds

Tropical forests are a source of several high-value products that provide livelihood to small communities in different regions. Exotic fruits such as annatto are feedstock sources containing bioactive compounds with important applications in the food industry. Nevertheless, the integral use of annatto for community improvement and the crop’s contribution to carbon sequestration in tropical forests have not been analyzed. This paper aims to demonstrate the economic and environmental performance of small-scale alternatives to obtain natural colorants using annatto seed. The extraction of natural colorants (bixin and norbixin) was analyzed using ethanol and NaOH as solvents. The experimental results were used to simulate two scenarios. Scenario one involved bixin production, and scenario two comprised bixin and norbixin production. The economic and environmental assessments were performed considering the life cycle assessment (LCA) methodology based on a Colombian context. The best extraction yield was 72.65 mg g−1 for bixin and 193.82 mg g−1 for norbixin. From a simulation perspective, scenario two showed the best economic performance since a payback period of 3.1 years was obtained. The LCA showed a high CO2 sequestration potential (6.5 kg CO2 eq kg−1 seed) of the annatto crop. Moreover, the solvents used during the colorant extraction proved to be the most environmentally representative. Nevertheless, the CO2 sequestration of the crop continues to exceed the emissions generated by the process. This work demonstrates that the annatto is an alternative for small communities to reach equilibrium between the economic and environmental of the tropical forest

XV Jornada de Investigación

La XV Jornada de Investigación en 2024 convocó a 815 asistentes con la presentación de 8 conferencias principales, 90 pósters y 56 ponencias, alrededor de los diferentes ejes temáticos: a) “Derecho, cultura y sociedad”, b) “Desarrollo humano y sostenible” y c) “Gestión de la tecnología al servicio de la sociedad”. Estos trabajos abordaron temas de actualidad, por ejemplo, la inteligencia artificial (IA) y sus aportes para el desarrollo de diferentes disciplinas, robótica, derechos humanos, salud mental y aspectos políticos y culturales en comunidades vulnerables. Asimismo, la investigación-creación fue uno de los escenarios más importantes a destacar como una forma de aportar a la sociedad del conocimiento en favor del desarrollo cultural y artístico de nuestro país. La visualización de los resultados de investigación sigue siendo un fin importante de la XV Jornada de Investigación, con la presentación de resultados de manera clara y accesible que facilita la comprensión y la aplicación de los productos de investigación por parte de un público más amplio. Esta transparencia es esencial para construir confianza y asegurar que el conocimiento generado tenga un impacto real y positivo en la sociedad. Como un reconocimiento al esfuerzo de todos y cada uno de sus participantes, se publican las Memorias de la XV Jornada de Investigación, en las que se recopilan los valiosos aportes al conocimiento científico de conferencistas, ponentes y todos los participantes.. (Tomado de la fuente).Quinta ediciónEJE TEMÁTICO I: DERECHO, CULTURA Y SOCIEDAD Mascotas de apoyo emocional. Trazar el camino hacia una ciberseguridad integral: fusionar conocimientos para proteger el mundo digital. Políticas desarrolladas por los Gobiernos colombianos (2018-2024) con miras al cumplimiento del Objetivo de Desarrollo Sostenible 2 Hambre cero. Cómo el método comparativo logra potenciar los principios del aprendizaje basado en problemas por medio del estudio de caso. Beneficios del régimen de insolvencia de persona natural no comerciante y los vacíos jurídicos que permean la normatividad vigente. Impacto del Acuerdo de Facilitación del Comercio en Colombia: diversificación exportadora y desempeño logístico. La reja como delimitador del espacio público. El papel de los derechos humanos en la protección de la cultura de los indígenas en Colombia como minoría cultural. Análisis de las estrategias de guerra híbrida utilizadas por grupos armados ilegales en Colombia. La comunidad wayuu frente a la escasez de agua en La Guajira causada por la minería. Interpretaciones sobre la vulneración de derechos a menores durante el conflicto armado entre Israel y Palestina. Responsabilidad legal frente a las decisiones adoptadas por sistemas de inteligencia artificial en Colombia. Los desafíos de la ciberseguridad para la privacidad de los datos personales: análisis sobre la inteligencia artificial y sus repercusiones en el derecho. La influencia de la inteligencia artificial en la toma de decisiones judiciales. Aplicación del principio de oportunidad en el sistema penal acusatorio colombiano: ¿ha logrado reducir la carga procesal y mejorar la eficiencia del sistema? Sostenibilidad en Singapur: conectar con los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Retos éticos y jurídicos de la inteligencia artificial en la Unión Europea y Colombia. Criminalidad y populismo punitivo: indagación sobre el cuidado de la esfera pública y la fragilidad de la libertad. Libertad y justicia social en la filosofía positivista y antipositivista latinoamericana. La globalización económica y su impacto en la positivización del derecho interno. Discurso histórico e inteligencia artificial. La novena de Navidad y la religiosidad popular en Colombia. Estudiosidad, cultura académica y centralidad de la persona: desafíos para la educación de calidad y la construcción de convivencia. El Darién: un desafío estatal para la protección de derechos humanos de migrantes irregulares. Desarrollo de una plataforma tecnológica para el empoderamiento de mujeres empresarias en América Latina a través de Agora Partnerships. Manufacturar la educación con inteligencia artificial y las implicaciones en el aprendizaje: un enfoque desde la perspectiva de John Biggs. Suelo portable: una estrategia para la vivienda prefabricada en Colombia. Enseñanza y aprendizaje de la proporcionalidad usando elementos de la cultura de Paz de Río (Colombia). Perspectivas sobre el linchamiento social entre las personas que conviven en el mercado mayorista de Corabastos. Construcción de identidad de la comunidad ballroom en las houses de Bogotá. ¿En qué medida la crisis migratoria entre Bielorrusia y la Unión Europea de 2021 puede ser conceptualizada como un referente de guerra híbrida? Zonas verdes y arborización en Bogotá: el fracaso de las políticas ambientales, el estado actual y el papel del derecho constitucional. EJE TEMÁTICO II: DESARROLLO HUMANO Y SOSTENIBLE. ¿Cómo las soluciones basadas en la naturaleza mejoran las cualidades sociales y ecológicas de Estocolmo a Bogotá? Configuración urbana del territorio a partir de indicadores de sostenibilidad urbana para territorios informales: caso de estudio Unidad de Planeamiento Zonal (UPZ) San Isidro Patios y Pardo Rubio en la localidad de Chapinero en Bogotá. El workaholism. Validación cognitiva de una intervención cognitivo-conductual en el dolor oncológico pediátrico. Tiempo de calidad y desarrollo afectivo: caso de Matilda Wormwood. Alteraciones del apego en adopciones. Influencia de los estilos de crianza en la ideación suicida de niños, niñas y adolescentes: estrategias para su intervención. Depresión y funcionalidad motora y su relación con el deterioro cognoscitivo en población colombiana mayor de 60 años. Nicotina: droga de alto impacto lesivo. Aplicaciones de tecnologías nucleares para el desarrollo sostenible en Colombia. Burnout y estrategias de afrontamiento en trabajadores de la salud. La moda pronta: afectaciones ambientales y transformación hacia la moda sostenible en Colombia. Estrategias integradas para la conservación de ecosistemas en ciudades: un enfoque en los Objetivos de Desarrollo Sostenible 14 y 15. Explorar las interacciones de las escaleras como elemento: adaptabilidad y singularidad. Parque Nacional Natural Sumapaz: territorio sostenible entre la comunidad y la naturaleza. Reconocimiento e identificación de los espacios intermediarios en Bogotá. Una revisión bibliométrica sobre videojuegos y procesos cognitivos: tendencias y avances. Conexión vital: un viaje visual por la región del Magdalena Medio. Entrenamiento de habilidades comunicativas a través de agentes conversacionales: una revisión de alcance. Cambios en el funcionamiento del almacén episódico en escenarios 2D, 2.5D y 3D. Implementación del modelo ADDIE para la identificación del riesgo por inundación en la Escuela Normal Superior Sor Josefa del Castillo y Guevara de Chiquinquirá (Boyacá, Colombia). Diferencias en la regulación emocional en niños y niñas según los estilos de crianza. Calidad de vida laboral desde la interacción líder-colaborador. Griefbots: retos de la inteligencia artificial en tiempos del duelo digital. Sumapaz en perspectiva: desarrollo sostenible, gestión cultural y zonas de reserva campesina. La arquitectura raizal en San Andrés y Providencia: entre la tradición y la modernización. Tejidos espaciales del Chocó: un viaje a través de las interacciones en la vivienda tradicional. Aportes de la educación ambiental para la construcción de territorios sostenibles en América Latina. EJE TEMÁTICO III: GESTIÓN Y TECNOLOGÍA AL SERVICIO DE LA SOCIEDAD. Humedal Juan Amarillo. Compromiso comunitario y aprendizaje: el camino hacia una sociedad más unida desde la perspectiva del Semillero Politeia. Textiwall: uso de residuos textiles en arquitectura. Cambridge Analytica: el caso de Donald Trump en las elecciones presidenciales de 2016. Alternativas de fabricación y construcción digital: desarrollo de procesos de flexibilidad por medio del diseño de prototipos básicos en la vivienda social sostenible. Tendencias de consumo en el metaverso: impacto en las decisiones económicas del sector textil. Modelo de seguridad con un enfoque holístico para aplicaciones móviles de entidades financieras en Colombia. Estrategias de sostenibilidad en la vivienda asociadas a las dinámicas del agua en San Andrés (Colombia). Mediciones de cantidades físicas con el uso de sensores móviles. Identificación de herramientas tecnológicas en psicología clínica: retos y oportunidades. Robot sumo RC. Integración de la robótica y la metodología aprendizaje basado en proyectos para potenciar el pensamiento creativo en la resolución de problemas de ingeniería. Modelado del efecto corona y su efecto en la propagación de sobretensiones en líneas de transmisión e interferencia en las bandas de comunicaciones. Consideraciones éticas, técnicas y teóricas en el desarrollo de aplicaciones móviles en salud mental: una mirada interdisciplinaria. Validación de un modelo de fabricación digital para vivienda social de un TRL 4 a un TRL 6. Dinámica laboral en el modelaje webcam desde la pandemia de covid-19: análisis desde el consultorio jurídico. Horizonte IA: cambio y tendencias en telecomunicaciones. Modelo de inteligencia artificial que alerta sobre los impactos de maremotos en zonas costeras de Colombia. Algoritmos de machine learning aplicados a la evaluación docente y a la deserción estudiantil. Implementación de un sistema automatizado para el cobro de comisiones bancarias por uso de pasarelas de pago a clientes empresariales en el Banco de Occidente. Recorrido virtual de la Universidad Católica de Colombia Sede Claustro para la inducción de estudiantes y docentes. Propuesta de herramienta web para la aproximación del cálculo de bodegaje en procesos de mudanzas. Prototipo de un flujo de trabajo en KNIME para el emparejamiento y limpieza de información científica y tecnológica en Knowten. Desarrollo de un videojuego interactivo como herramienta lúdica para niños con trastorno del espectro autista. Estrategias de eficiencia del agua en las edificaciones de las islas de San Andrés, Providencia y Santa Catalina. Proyecto cartilla de entrenamiento cognitivo para adultos mayores: intervención para el mejoramiento de los procesos atencionales. Pruebas cognitivas tradicionales y digitalizadas para evaluar la atención: ¿son comparables? Elevar los estándares del proceso de secado del café: rumbo a una producción más rentable. Módulo didáctico de telecomunicaciones punto a punto por señales de microondas. Educación en la era digital: navegar los desafíos y las oportunidades de las redes sociales digitales. El uso de ChatGPT afecta la propiedad intelectual y los derechos de autor. Análisis de la relación entre variables clave y la rotación de personal en un contexto laboral específico: un enfoque metodológico de Anova y Six Sigma