Estudo da produção de etanol a partir do bagaço de laranja em biorreator de coluna de bolas com Saccharomyces cerevisiae imobilizadas em alginato de cálcio

bibo.pageEnd125
dc.contributor.advisor1Pinheiro, Iara Rebouças
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3816-2940
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8986864745281356
dc.contributor.authorRosa, Júlia Maria Andrade
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000000250617944
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4591363909654251
dc.contributor.referee1Santos, Alexandre Martins Costa
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000000288018875
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4144105396879016
dc.contributor.referee2Guimarães, Damaris
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000000249323252
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/6576377621734943
dc.date.accessioned2024-05-30T00:49:12Z
dc.date.available2024-05-30T00:49:12Z
dc.date.issued2021-02-10
dc.description.abstractThe production of renewable biofuel is an alternative to reduce the amount of lignocellulosic waste generated during the processing of fruits in industries. However, it is still a challenge to define an economically viable process, in view of other alternatives, such as targeting animal feed., In this context, this work aims to study ethanol production from orange bagasse hydrolyzate with immobilized Saccharomyces cerevisiae cells in sodium alginate gel. The experiments were carried out using citrus residues from the orange juice processing industry, first crushing and drying were carried out, then the hydrothermal pre-treatment was carried out, and waste characterization was carried out. Then, acidic and enzymatic hydrolysis was performed. Hydrolysis with sulfuric acid diluted to 1% (m v -1 ), 120 ° ₢ for 30 minutes. Enzymatic hydrolysis with commercial enzymes (Celluclast 1.5 L), to evaluate the best conditions to obtain fermentable sugars, by the analysis of determination of total reducing sugars (ART). The study was carried out by means of a central rotational composite design (DCCR), analyzing the concentration factors of cellulase enzymes (8 to 15 FPU mL-1 ) and pectinases (4 to 10 U mL-1 ) and the time (2 to 24 hours) The fermentation process tests with the yeast Saccharomyces cerevisiae G2-104 immobilized in 3% sodium alginate (m v -1 ), the orange pomace hydrolyzate as substrate, was conducted in a bubble column bioreactor at 30 ° C with aeration of 2 vvm for 48 hours. The four repeated batches were carried out each lasting 24 hours. Analyzing the results, the characterization of industrialized wastes in natura was 18.8% cellulose, 10.7% hemicellulose, 3.14% lignin and 15.1% pectin, and after hydrothermal pre-treatment 19.52% cellulose, 7.41% hemicellulose, 1.33% lignin. The most significant factor in the experimental design analyzed was time, and the optimized condition for maximum sugar concentration was found in 12.5 FPU mL1 of cellulase, 4.4 U mL-1 pectinase and 37.4 hours of hydrolysis resulting in 21.06 g.L -1 of ART. The results obtained for the simple batch with immobilized S. cerevisiae G2-104 cells was 2.33 g L -1 of ethanol for the test (FHE-2) and 2.57 g.L -1 of ethanol for the test (FSHE-2) in 12 hours of cultivation. For repeated batch fermentation with immobilized S. cerevisiae G2-104 cells, a maximum ethanol concentration of 4.95 g L -1 was obtained in the second batch. The highest volumetric productivity of ethanol (Qp) in repeated batches was obtained in batches 3 and 4 (0.77 and 0.78 g L -1 h -1 ) and the highest ethanol yield factor per substrate consumed (Yp/s) was in batch 1 (5.27 g g -1 ). The immobilized cells showed good fermentative activity for long periods, allowing their reuse during the four batches without breaking the alginate spheres, demonstrating the good use of this support for ethanol production.
dc.description.resumoA produção de biocombustível renovável é uma alternativa para redução da quantidade de resíduos lignocelulósicos gerados durante o processamento de frutas nas indústrias. Porém ainda é um desafio ser definido um processo viável economicamente, frente a outras alternativas como o direcionamento para alimentação animal. Neste contexto, este trabalho tem o intuito estudar a produção de etanol a partir de hidrolisado de bagaço de laranja com células imobilizadas de Saccharomyces cerevisiae em gel de alginato de sódio. Os experimentos foram realizados utilizando os resíduos cítricos da indústria do processamento do suco de laranja, primeiramente foi feito a trituração e a secagem, posteriormente realizou-se o pré-tratamento hidrotérmico foi feito caracterização dos resíduos. Em seguida, foi realizada a hidrólise ácida e enzimática. A hidrólise com ácido sulfúrico diluído à 1% (m.v -1 ), 120°₢ durante 30 minutos. A hidrólise enzimática com enzimas comerciais (Celluclast 1.5 L), para avaliar as melhores condições para se obter os açúcares fermentescíveis, pela análise de determinação de açúcares redutores totais (ART). O estudo foi realizado por meio do planejamento delineamento composto central rotacional (DCCR), analisando os fatores concentração de enzimas celulases (8 a 15 FPU mL-1 ) e pectinases (4 a 10 U mL-1 ) e o tempo (2 a 24 horas). Os ensaios do processo fermentativo com a levedura Saccharomyces Cerevisiae G2-104 imobilizadas em alginato de sódio a 3% (m v -1 ), o hidrolisado de bagaço de laranja como substrato, foi conduzido em biorreator coluna de bolhas em 30°C com aeração de 2 v.v.m. por 48 horas. As quatro bateladas repetidas foram realizadas com duração de 24 horas cada batelada. Analisando os resultados, a caracterização dos resíduos industrializados in natura foi de 18,8% de celulose, 10,7% de hemicelulose, 3,14% de lignina e 15,1% de pectina, e a pós o pré-tretamento hidrotérmico 19,52% de celulose, 7,41% de hemicelulose, 1,33% de lignina. O fator mais significativo no planejamento experimental analisado foi o tempo, e a condição otimizada para concentração máxima de açúcares foi encontrada em 12,5 FPU mL-1 de celulase, 4,4 U mL-1 pectinase e 37,4 horas de hidrólise resultando em 21,06 g L -1 de ART. Os resultados obtidos para a batelada simples com células S. cerevisiae G2-104 imobilizadas foi 2,33 g L -1 de etanol para o ensaio (FHE-2) e 2,57 g L -1 de etanol para o ensaio (FSHE-2) em 12 horas de cultivo. Para a fermentação em batelada repetida com células S. cerevisiae G2-104 imobilizada obteve concentração de etanol máxima de 4,95 g L -1 na segunda batelada. A maior produtividade volumétrica do etanol (Qp) nas bateladas repetidas foi obtido nas bateladas 3 e 4 ( 0,77 e 0,78 g L -1 h -1 ) e o maior fator de rendimento em etanol por substrato consumido(Yp/s) foi na batelada 1 (5,27 g g -1 ). As células imobilizadas apresentaram boa atividade fermentativa por longos períodos, permitindo sua reutilização durante as quatro bateladas sem ruptura das esferas de alginato, demostrando o bom emprego deste suporte para produção de etanol.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/14467
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Agrárias e Engenharias
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química
dc.rightsopen access
dc.subjectBagaço de laranja
dc.subjectprodução de etanol
dc.subjectcélulas imobilizadas
dc.subjectbiorreator de coluna de bolhas
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Química
dc.titleEstudo da produção de etanol a partir do bagaço de laranja em biorreator de coluna de bolas com Saccharomyces cerevisiae imobilizadas em alginato de cálcio
dc.title.alternativeStudy of ethanol production from orange bagasse hydrolyzate in a bubble column bioreactor with Saccharomyces cerevisiae immobilized in calcium alginate
dc.typemasterThesis

Arquivos

Pacote original

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
JuliaMariaAndradeRosa-2021-dissertacao.pdf
Tamanho:
2.87 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format