Trophic states of Medio Mundo lagoon
281
ISSN Versión impresa: 1992-2159; ISSN Versión electrónica: 2519-5697
Biotempo, 2022, 19(2), july-december: 281-289.
REVIEW ARTICLE / ARTÍCULO DE REVISIÓN
EVALUATION OF THE POTENTIAL USE OF PHYSIC NUT (JATROPHA
CURCAS L.) FOR THE GENERATION OF BIOFUEL
EVALUACIÓN DEL POTENCIAL USO DE PIÑÓN (JATROPHA
CURCAS L.) PARA LA GENERACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE
Ariel Gonzalo Villafuerte-Barreto1; Freddy Zambrano-Gavilanes*1 & Roberto Bravo-Zamora1
1 Facultad de Ingeniería Agronómica, Universidad Técnica de Manabí, Portoviejo, Manabí, Ecuador. E-mail: freddyzg_86@
hotmail.com
*Corresponding author: freddyzg_86@hotmail.com
Ariel Gonzalo Villafuerte-Barreto: https://orcid.org/0000-0002-1703-2901
Freddy Zambrano-Gavilanes: https://orcid.org/0000-0003-0004-9122
Roberto Bravo-Zamora: https://orcid.org/0000-0001-9648-6890
Biotempo (Lima)
doi:10.31381/biotempo.v19i2.5106
https://revistas.urp.edu.pe/index.php/Biotempo
Revista Biotempo
Volumen 19 (2) Julio-Diciembre 2022
i
lat
ndex
Catalogo
2.0
Facultad de Ciencias Biológicas de la
Universidad Ricardo Palma
(FCB-URP)
Facultad de Ciencias Biológicas de la
Universidad Ricardo Palma
(FCB-URP)
Este artículo es publicado por la revista Biotempo de la Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Ricardo Palma, Lima, Perú. Este es un artículo de acceso abierto,
distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional (CC BY 4.0) [https:// creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.es] que
permite el uso, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra original sea debidamente citada de su fuente original.
ABSTRACT
e present work has as its main objective to evaluate the potential of the use of physic nut (Jatropha curcas L). for the
generation of biofuel, through a literature review. e physic nut is a shrub of economic importance, due to its various
industrial uses. It is relevant for the development of bioenergy, due to the high concentration of oil in its seeds, which is
why it is used for the production of biodiesel, while the shells of its fruits can be considered for the production of ethanol
due to its high cellulose content. e cake obtained after the oil extraction process is a useful organic by-product that
contains considerable amounts of macro and micronutrients, being suitable for agricultural use as organic fertilizer, and
if the cake goes through a detoxi cation process, it can be used as animal feed.
Keywords: bioenergy – by-product – Euphorbiaceae – oil
RESUMEN
El presente trabajo tiene como principal objetivo evaluar el potencial del uso de piñón (Jatropha curcas L). para la
generación de biocombustible, mediante una revisión de literatura académica. El piñón es un arbusto de importancia
económica, debido a sus diversos usos industriales. Es relevante para el desarrollo de la bioenergía, debido a la alta
concentración de aceite en sus semillas por lo que se utiliza para la producción de biodiesel mientras que las cáscaras de
sus frutos pueden considerarse para la producción de etanol por su alto contenido en celulosa. La torta obtenida después
del proceso de extracción de aceite es un subproducto orgánico útil que contiene cantidades considerables de macro y
micronutrientes siendo adecuado para uso agrícola como fertilizante orgánico, además la torta si pasa por un proceso de
destoxi cación es posible su uso como alimento animal.
Palabras clave: bio energía – Euphorbiaceae – aceite – subproductos
Revista Biotempo: ISSN Versión Impresa: 1992-2159; ISSN Versión electrónica: 2519-5697 Villafuerte-Barreto et al.
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INTRODUCCIÓN
El piñón (Jatropha curcas L.) es un arbusto de la familia
Euphorbiaceae de importancia económica, debido a
sus diversos usos industriales (Selanon et al., 2014). Es
una planta resistente a la sequía y se adapta a diferentes
condiciones climáticas de las regiones tropicales y
subtropicales (Liu & Mai, 2022; Bezerra‐Neto et al., 2022).
El piñón es una planta relevante para el desarrollo de la
bioenergía, debido a la alta concentración de aceite en
sus semillas, que puede variar entre 40-60% y se utiliza
para la producción de biodiesel mientras que las cáscaras
de sus frutos pueden considerarse para la producción de
etanol por su alto contenido en celulosa (García et al.,
2014; Jayakumar et al., 2022). También estas semillas se
utilizan en medicina, producción de jabón y fabricación de
cosméticos en varios países (Reddy, 2020). Su importancia
actual como materia prima para producir biocombustibles,
ha motivado el inicio de investigaciones para conocer
sobre su comportamiento y relación con factores bióticos y
abióticos del entorno (Cañarte et al., 2017).
La torta de J. curcas es un subproducto orgánico útil que
contiene cantidades considerables de nitrógeno, fósforo,
potasio y micronutrientes (Massoud et al., 2017). Es un
sustrato que no genera efecto tóxico al suelo y se considera
adecuado para uso agrícola como fertilizante orgánico
(Raheman & Mondal, 2012). Además, es un buen sustrato
para la producción de biogás, encontrando hasta un 70%
de gas metano en su composición, teniendo la ventaja
de su uso directo sin ningún tratamiento, obteniendo
resultados aplicables en la generación de energía (Jingura
& Kamusoko, 2018).
En algunos países desconocen la importancia económica,
social de este cultivo y muchos agricultores, se plantean la
pregunta de qué tan rentable será cultivar esa planta, así
mismo muchos empresarios se preguntarán será rentable
económicamente para distribuir el biodiesel en el mercado
como un combustible, estas personas desconocen el
potencial de este cultivo, es así que en este trabajo tiene
como principal objetivo evaluar el potencial del uso de
piñón J. curcas para la generación de biocombustible,
mediante una revisión de literatura académica.
MATERIALES Y MÉTODOS
Este estudio se ejecutó mediante revisión bibliográca
virtual en las principales bases de datos, SCOPUS, Web
of Science, Scielo, Latindex y Google Scholar desde 2005
hasta 2022, totalizando 42 documentos cientícos tanto
en español, portugués e inglés.
Además, se han revisado libros y repositorios virtuales
de tesis universitarias que han indicado el uso de
biocombustible de aceite de piñón.
Para buen uso de las referencias se utilizó el gestor de
referencias Mendeley.
En la revisión efectuada se seleccionaron aquellos
trabajos que contenían informaciones relacionadas con
las siguientes combinaciones de palabras clave “Jatropha
curcas”, “Jatropha curcas and oil”, “Jatropha curcas and
biodiesel”, “Jatropha curcas and ethanol” y “Jatropha
curcas cake and co-product”, tomando como referencia
informaciones de los últimos años.
Aspectos éticos: Los autores señalan que se cumplieron
todos los aspectos éticos a nivel nacional e internacional.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El piñón taxonomía y morfología
En 1753, Carlos Lineu fue el primero en nombrar el
piñón como J. curcas según la nomenclatura binomial
de “Especies Plantarum”, nombre que está vigente hasta
la actualidad. El género Jatropha deriva de la palabra
griega jatros que signica médico y trophe que signica
alimento, debido a estos signicados se le atribuye usos
medicinales (Divakara et al., 2010).
El piñón es un pequeño arbusto de usos múltiples, siendo
una planta con muchos atributos, múltiples usos y un
potencial considerable (Pandey et al., 2012). Puede usarse
para prevenir o controlar la erosión, para recuperar suelos
infértiles debido a la biomasa que genera de las hojas.
Se menciona que el piñón es originario de América
tropical (Ando, 2017), pero ya está muy extendido en
muchas partes de los trópicos y subtrópicos, así como
en África y Asia (Guo et al., 2016). Es una planta de
crecimiento rápido, que alcanza de 3-5 m hasta 8-12 m
de altura con un diámetro de tronco de 20 a 30 cm si las
condiciones ambientales son favorables (Divakara et al.,
2010). El tallo es liso y blando, verde o pardo grisáceo,
su madera es poco resistente y blanda. Normalmente,
se forman cinco raíces: una central y cuatro periféricas
(Saturnino et al., 2005).
Physic nut for the generation of biofuel.
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Las hojas son caducas, superpuestas alternas, lotaxis
en espiral, cada hoja a 105° de distancia de la siguiente,
con nervaduras blanquecinas y protuberantes en la parte
inferior (Saturnino et al., 2005), las hojas nuevas son de
color rojo oscuro en ambas supercies y se vuelven verdes
posteriormente al madurar (Saturnino et al., 2005).
Las inorescencias son monoicas, con racimos que
contienen numerosas ores masculinas (verdes) en mayor
número ubicadas en los extremos de las ramas, mientras
que las ores femeninas (amarillo - verde) se posicionan
en el medio de las ramas (Mendoza et al., 2008).
Los frutos son cápsulas ovoides indehiscentes con un
diámetro de 1,5 a 3,0 cm que contienen tres semillas,
pero pueden tener dos o cuatro semillas. Inicialmente,
son verdes; después de la maduración de amarillo a
marrón o negro. Contienen 60-70% de semillas y 30-
40% de cáscaras del peso total de los frutos (Mendoza et
al., 2008).
Las semillas maduras y secas de Jatropha son relativamente
uniformes, con un promedio de 1,75±0,06 cm de largo,
1,09±0,05 cm de ancho y 0,87±0,05 cm de espesor. Tienen
forma ovoide, dorso convexo ligeramente redondeado
y cara ventral convexa ligeramente triangulada. El
tegumento es seco, duro, grueso, exteriormente glabro,
liso y de color negro, con nas estrías irregulares y
amarillentas, e interiormente liso y pardo. Poseen una
carúncula semicircular, ligeramente cónica y diminuta,
de color negro, situada en la parte ventral, próxima al
ápice de la semilla. El rafe está formado por una línea
recta, longitudinal y ventral, que se extiende desde el
hilio hasta la base de la semilla. El hilio es un pequeño
punto de difícil visualización, ubicado en la parte apical
ventral de la semilla, y el micrópilo se ubica debajo de la
carúncula, estando cerrado por un tejido membranoso. El
tejido de reserva es el endospermo, de consistencia rme
y color blanco, que envuelve al embrión espatulado, axial
y blanco (Pimenta et al., 2013). Cada semilla de J. curcas
pesa entre 1,53 y 2,85 g y contiene entre un 25 y un
40% de aceite inodoro que es fácil de extraer por presión.
Un kg de semillas contiene entre 1000 y 2370 semillas
(Saturnino et al., 2005). En la Figura 1 se encuentran las
diferentes partes de la planta de piñón.
Figura 1. Inorescencia de Jatropha curcas (A) dibujada por Johannes Muller Argoviensis (1874). (B) In situ. La barra
blanca mide 3 cm. (C) Detalles de la or masculina (1), anteras (2), grano de polen (3), ores femeninas (4), estigma,
estilo, ovario y glándulas de néctar de arriba a abajo y, a la izquierda, una sección del ovario mostrando los tres carpelos
(5), fruto (6), semilla (7) y embrión (8) (Tomado de Carels, 2009).
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Extracción de aceite de piñón
La extracción del aceite usando semillas oleaginosas se
realiza de diferentes formas. Los métodos utilizados son:
extracción por solvente, extracción mecánica, extracción
enzimática y extracción acuosa. Para aplicación en áreas
rurales, la extracción mecánica se considera la mejor
opción. En esta extracción se utilizan prensas hidráulicas
para extraer el aceite de las semillas. En general, se preere
este método debido a su menor costo inicial y operativo,
y porque puede ser operado fácilmente por personal
semicalicado (Subroto et al., 2015).
La máquina expeller es la más usada para la extracción de
aceite de piñón, ella consiste en una prensa de jaula, en la
que la presión se desarrolla por medio de un eje rotatorio o
tornillo sinfín en vez de un pistón de acción intermitente.
En la jaula se desarrolla una presión extremadamente alta,
del orden de 140 a 2800 kg·cm-2, por medio de la acción
del eje contra un oricio o estrangulación regulable, que
restringe la descarga de la torta al extremo de la jaula
(Carrera et al., 2020). El proceso de extracción del aceite
se encuentra en la Figura 2.
Dependiendo de la fabricación del expeller y del
tratamiento de las semillas va a existir variación en el
porcentaje de la extracción de aceite. En una investigación
efectuada por Pradhan et al. (2011) investigaron los
efectos del contenido de humedad y la cocción en el
rendimiento de aceite de Jatropha, obtuvieron máxima
recuperación de aceite con 73,14% donde las semillas
fueron llevadas a un nivel de humedad en base seca de
9,69% y cocinados a 110 °C por 10 min.
En un estudio realizado por Yate et al. (2020) aplicando
diferentes modelos para la extracción de aceite de Jatropha
encontraron que la mejor combinación de condiciones
de operación fue: temperatura de extracción de 90 ºC,
velocidad de rotación de 40 rpm y tamaño de boquilla de
11 mm. Operando en estas condiciones, la eciencia del
aceite obtenido fue del orden del 57% con una extracción
capacidad de unos 9 kg·h
-1
. La recuperación de aceite en
estas condiciones de operación se mejora precalentando
las semillas a 60 ºC al menos durante 30 min. La
caracterización de este aceite extraído bajo esas condiciones
mostró que puede ser utilizado como biocombustible de
acuerdo a las especicaciones DIN 51605:2020-02.
Los principales ácidos grasos en el aceite de piñón son
el ácido oleico, el ácido linoleico, el ácido palmítico y el
ácido esteárico, que constituye un 21,6 % de ácidos grasos
saturados, un 45,4 % de monoinsaturados y un 33,0 %
de ácidos grasos poliinsaturados (Tambunan et al., 2012).
Figura 2. Proceso de la extracción del aceite de piñón (Tomado de Ponce et al., 2020).
Physic nut for the generation of biofuel.
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Uno de los ejemplos del uso del aceite de piñón como
biocombustible es la generación de electricidad en las Islas
Galápagos de Ecuador. Desde 2010 un sistema híbrido
de dos generadores de aceite de Jatropha de origen alemán
con una potencia eléctrica de 69 kW (kWel) y una planta
fotovoltaica con una potencia eléctrica pico de 21 kW
(kWpico) está suministrando con éxito electricidad a
partir de energías renovables a los habitantes y turistas de
Isla Floreana (Gruber, 2014). Los equipos de alemanes
recomiendan que la calidad del aceite de Jatropha se
compare con los requisitos de la norma de colza (DIN
51605), lo que debería resultar en el logro de un aceite
de Jatropha de buena calidad para la combustión, por
ejemplo, en motores diésel (Estrella et al., 2011). Las
actividades de estandarización están actualmente en
camino en Alemania (DIN 51623) y Europa (estándar
CEN WS 56) para denir la calidad de diferentes aceites
vegetales, incluido el aceite de Jatropha.
El aceite crudo de Jatropha tiene varias características
beneciosas porque se almacena bien porque es espeso y
bajo en ácidos grasos libres. Los ácidos grasos insaturados
con alto índice de yodo que tiene la capacidad de
permanecer licuado a temperaturas más frías, y también se
enciende fácilmente debido a su bajo contenido de azufre.
La desventaja es el alto nivel de ácidos oleico y linoleico
insaturados que lo hace susceptible a la oxidación cuando
se almacena (Herremans & Echegaray, 2018), en la Tabla
1 se encuentra la comparación de las propiedades físicas
del aceite de Jatropha con el diésel.
Tabla 1. Comparación de las propiedades físicas del aceite de Jatropha con el diésel.
Combustible Densidad
Punto de
solidicación en
frío
Punto de
inamación Azufre Número de
Cetano
Kg/l
(15/40 °C) °C
Diesel 0,84 – 0,85 -14,00 80,00 1,00-1,20 47,80
Aceite de
Jatropha 0,91 – 0,92 2,00 110,00 – 240,00 0,13 51,00
Fuente: Herremans & Echegaray (2018).
Biodiesel de piñón
El biodiesel es un combustible líquido renovable que ha
sido reconocido como una alternativa potencial y aditiva
al diesel de petróleo convencional. Biodiesel es el nombre
coloquial de los ésteres alquílicos de ácidos grasos, este
combustible oxigenado es renovable, biodegradable y
ecológico y tiene una buena eciencia de combustión,
además es una alternativa para evitar contaminaciones a los
ambientes marinos y terrestres, también las dimensiones
de la energía sostenible son fundamentales para sustentar
todo el sistema socioecológico, integrando los aspectos
económicos y sociales (Cañadas-López et al., 2017).
Tiene propiedades físicas y combustibles adyacentes a
las del diésel de petróleo y, por tanto, se puede utilizar
directamente en un motor diésel sin modicaciones en
el motor o con ligeras modicaciones (Azhar et al., 2017;
Hosseini, 2019).
Los aceites vegetales, también conocidos como
triglicéridos, se están convirtiendo en una de las materias
primas renovables prometedoras para la producción de
biodiesel y se han vuelto más atractivos recientemente
debido a sus benecios ambientales. Al ser renovable
con un contenido energético similar al diésel después
de sufrir algunas modicaciones químicas (Kumar &
Sidharth, 2018), los aceites vegetales comestibles como
la canola, la soya, la colza, el girasol y el maíz se han
utilizado para la producción de biodiesel, se consideran
buenos sustitutos del diésel (Morales-Téllez, 2017).
También se ha demostrado que los aceites vegetales no
comestibles, como Madhuca indica (J. Konig ex L.), J.
curcas y Pongamia pinnata (L.) Pierre, son adecuados para
la producción de biodiesel (Koh & Ghazi, 2011).
Para poder utilizar aceites vegetales directamente como
combustible, estos aceites requieren una modicación
química para que puedan corresponder a las propiedades
del diésel fósil (McNutt, 2016). Una de las técnicas
de procesamiento que se utilizan principalmente para
convertir los aceites vegetales es la microemulsicación
(Jain & Sharma, 2010). que son uidos isotrópicos
estables y transparentes con tres componentes: una fase
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oleosa, una fase acuosa y un tensioactivo. La fase acuosa
puede contener sales u otros ingredientes y el aceite
puede consistir en una mezcla compleja de diferentes
hidrocarburos y olenas. Esta fase ternaria puede mejorar
las características de pulverización explosiva de los
constituyentes de bajo punto de ebullición en las micelas
(Koh & Ghazi, 2011). Todas las microemulsiones con
butanol, hexanol y octanol pueden cumplir la limitación
de viscosidad máxima para motores diésel (Jain &
Sharma, 2010).
Fue desarrollado un proceso de dos pasos para preparar
biodiesel de aceite de J. curcas. Los ácidos grasos libres
del aceite crudo se convirtieron en ésteres metílicos en
la preestericación catalizada por ácido sulfúrico o ácido
sólido antes de la transestericación. El índice de acidez
del aceite disminuyó de 14,0 mg-KOH/g-aceite inicial a
menos de 1,0 mg-KOH/g aceite en 2 h a 70 °C bajo la
condición de 12% en peso de metanol en aceite, 1,0 %
en peso de H2SO4 en aceite. El catalizador ácido sólido
SO4 2-/TiO2 (ST) para preestericación se preparó
mediante calcinación de ácido metatitánico. Se encontró
que la conversión de ácidos grasos libres fue superior al
97% a 90 °C durante 2 h utilizando catalizadores en serie
del 4% en masa con una relación molar de metanol y
ácidos grasos libres de 20:1. El rendimiento de biodiésel
por transestericación fue superior al 98% en 20 min
de tiempo de reacción utilizando KOH al 1,3% como
catalizador y una relación molar de metanol a aceite de
6:1 a 64 ºC. La reacción de transestericación es un
pseudo-segundo orden con una energía de activación Ea
de 15,46 kJ / mol (Lu et al., 2009).
Etanol de piñón
El etanol es un sustituto renovable de los combustibles
derivados del petróleo, como la gasolina. En la actualidad,
la mayor parte del etanol que se produce en el mundo
se produce por fermentación de azúcares obtenidos de
melazas, cereales y frutas. La celulosa es un carbohidrato
que se encuentra en abundancia y se encuentra en muchos
desechos, como lodos, papel y pulpa, residuos de madera,
desechos textiles, etc. La utilización de celulosa para la
producción de etanol puede minimizar la dependencia
actual del mundo de los combustibles derivados del
petróleo (Mohit et al., 2011).
La torta de Jatropha tiene la capacidad de someterse a
hidrólisis ácida y fermentación para la producción de
bioetanol por ser una buena fuente de celulosa. En el
futuro, la torta de Jatropha, que es un subproducto de
desecho de la planta de biodiesel, puede usarse como
una buena materia prima para la producción de etanol y
también resolver el problema de la eliminación segura del
subproducto (Mohit et al., 2011).
Las cáscaras de los frutos de piñón podrían considerarse
para la producción de etanol, García et al. (2014)
investigaron la composición de las cáscaras y evaluaron
su potencial del pretratamiento con ácido sulfúrico
diluido para mejorar la hidrólisis enzimática de la
celulosa, lograron conversiones de celulosa superiores
al 80% tanto en la hidrólisis enzimática separada como
en la sacaricación y fermentación simultáneas de los
materiales pretratados. Óptimas para pretratamientos a
136 °C y concentraciones moderadas de ácido (1,5 %) y
tiempo de reacción (30 min).
Subproductos de la torta de piñón
Las plantas oleaginosas dejan tras su proceso de extracción
de aceite, una serie de subproductos entre ellos se destaca
la torta, generalmente ricos en proteínas que se utilizan
para la elaboración de abonos orgánicos, biocombustibles,
industria farmacéutica y llevan consigo otros procesos
agroindustriales importantes.
La torta de Jatropha contine un alto porcentaje en
proteínas, pero en su composición posee toxinas como
los ésteres de forbol siendo su destoxicación un gran
desafío para su utilización industrial en el procesamiento
de alimentos. En una investigación utilizando torta de
Jatropha destoxicada con NaOH-NaClO, encontraron
18,76% de proteínas, con metanol 33,97% de proteínas
y con etanol 64,69% de proteínas, demostrando que es
factible utilizar este producto en la dieta animal (Jarma-
Arroyo et al., 2014). Además, es posible eliminar de
manera enzimática los ésteres de forbol por medio
de la lipasa de semilla cruda de Jatropha germinada
demostrando una alta eciencia de desintoxicación al
reducir el porcentaje a 98,43%, siendo este un método
seguro para la degradación, ya que es una forma fácil y
económica de desintoxicación (Abou-Arab et al., 2019).
La pirólisis rápida puede convertirse en un elemento
esencial en las biorrenerías de J. curcas para mejorar las
cáscaras de frutos secos y la torta en aceite de pirólisis
rápida, un biocombustible prometedor de segunda
generación (Kongkasawan et al., 2016). El proceso de
pirólisis es muy exible en materia prima, lo que implica
que también se pueden recuperar otros residuos (hojas,
madera) de las plantaciones (Kaewpengkrow et al., 2017)
y en el caso del piñón es una alternativa para aprovechar
cualquiera de los residuos generados tanto de campo
como en el proceso de industrialización.
Physic nut for the generation of biofuel.
287
Se concluye que el piñón es un arbusto de importancia
económica, debido a sus diversas aplicaciones industriales.
Es importante para el desarrollo de bioenergía, por su
elevada concentración de aceite en sus semillas por lo que
se le emplea para la obtención de biodiesel; en cambio las
cáscaras de sus frutos pueden usarse para la producción
de alcohol etílico por su elevado contenido en celulosa.
La torta obtenida posterior al proceso de extracción de
aceite es un subproducto orgánico adecuado que contiene
cantidades considerables de macro y micronutrientes,
siendo adecuado para empleo agrícola como fertilizante
orgánico. En adición la torta si pasa por un proceso de
destoxicación es posible su empleó como un alimento
animal.
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