Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24567
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação de condições operacionais na fermentação alcoólica VHG empregando diferentes cepas de Saccharomyces cerevisiae
Alternate title (s): Evaluation of operational conditions in VHG alcoholic fermentation using different strains of Saccharomyces cerevisiae
Author: Cruz, Mariana Lopes
First Advisor: Ribeiro, Eloízio Julio
First coorientator: Resende, Miriam Maria de
First member of the Committee: Falleiros, Larissa Nayhara Soares Santana
Second member of the Committee: Santos, Líbia Diniz
Third member of the Committee: Freitas, Fernanda Ferreira
Fourth member of the Committee: Lemos, Diego Andrade
Summary: A aplicação de estratégias de engenharia de processo para o desenvolvimento de sistemas de fermentação de alta produtividade é considerada uma questão-chave na indústria do bioetanol. Uma estratégia para elevar o potencial de produção de etanol e minimizar os problemas gerados é a fermentação com teor alcoólico elevado, que pode ser realizada através da utilização de mostos mais concentrados em açúcares fermentescíveis (VHG). Esta tecnologia pode ser utilizada em escala industrial para a produção de etanol e apresenta vantagens como a obtenção de teores mais elevados de etanol e minimização dos custos de produção, em contraposição apontam novos desafios como minimizar os efeitos do estresse osmótico e alcoólico, a que as leveduras são submetidas. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo estudar o perfil fermentativo de três linhagens industriais; PE-2, Y-904, e Ethanol Red em processos de fermentação conduzidos em batelada repetida, a 20, 23, 25, 27 e 30°C e da levedura de característica floculante FL-20 em batelada repetida e em reator tipo air-lift, com ênfase às condições de fermentação VHG. Vinhos com teores de etanol variando de 16 a 18% (v/v) foram obtidos ao final das fermentações de mostos contendo 300 g/L de glicose pelas estirpes PE-2, Y-904, e Ethanol Red. O completo consumo da glicose e a manutenção da viabilidade celular em experimentos com reuso das células mostraram ser viáveis a aplicação da fermentação de mostos concentrados para a produção de etanol. Com a estirpe FL-20 estudada em batelada repetida em 8 ciclos consecutivos, com reciclo das células, obteve-se uma concentração média de etanol de 130 g/L, com uma produtividade final de 2,77 g /L.h. Entretanto, para o reator trabalhando em contínuo, o estado estacionário para a taxa de diluição de 0,03h foi atingido com valores altos de glicose residual e concentração de etanol abaixo do esperado, além de verificar perda da capacidade de floculação da levedura. Estudou-se também a influência conjunta da concentração de açúcar, concentração celular e temperatura na fermentação VHG em processo batelada alimentada, utilizando caldo e melaço de cana de açúcar, empregando a cepa Y-904. Foi observado que utilizando a condição gerada no Delineamento Composto Central (DCCR) que maximiza as variáveis estudadas (temperatura de 27°C, 300 g/L de concentração de substrato e 15 % de concentração celular), obteve-se um valor de produtividade de 4,42 g/L.h, 90% de rendimento e 135 g/L de etanol. As equações fornecidas pelo DCCR com coeficiente de determinação na faixa de 0,91 a 0,93; conseguirem descrever bem o comportamento do processo de fermentação.
Abstract: The application of process engineering strategies for the development of high productivity fermentation systems is considered a key issue in the bioethanol industry. One strategy to increase the potential for ethanol production and to minimize the problems generated is the fermentation with high alcohol content that can be achieved through the use of more concentrated musts in total sugars (VHG). This technology can be used on an industrial scale for the production of ethanol and presents advantages such as obtaining higher levels of ethanol and minimizing production costs; in contrast they point to new challenges such as minimizing the effects of stress, osmotic and alcoholic, which yeasts are submitted. In this context, the present study aimed to study the fermentative profile of three industrial strains; PE-2, Y-904, and Ethanol Red in repeated batch fermentation processes at 20, 23, 25, 27 and 30 °C and flocculent yeast FL-20 in repeated batch and air-type reactor -lift, with emphasis on VHG fermentation conditions. Wines with ethanol contents varying from 16 to 18% (v/v) were obtained at the end of the fermentations of must containing 300 g/L of glucose by strains PE-2, Y-904, and Ethanol Red. The complete utilization of glucose and maintenance of cell viability in experiments with cell reuse showed that the fermentation of concentrated must for bioethanol production is feasible. With the FL-20 strain studied in repeated batch cycles in 8 consecutive cycles with cell recycling, a mean ethanol concentration of 130 g/L was obtained, with a productivity of 2.77 g/L.h. However, for the continuous reactor, the steady state for the dilution rate of 0.03h was reached with high values of residual glucose and ethanol concentration below that expected, in addition to the loss of flocculation capacity of the yeast. The influence of sugar concentration, cell concentration and temperature on VHG fermentation in a batch process fed with sugar cane molasses and broth was studied using the strain Y-904. It was observed that using the condition generated in the Central Compound Design (DCCR) that maximizes the studied variables (temperature of 27°C, 300 g/L of substrate concentration and 15% of cellular concentration), a productivity value of 4.42 g/Lh, 90% yield and 135 g/L ethanol. The equations provided by the DCCR with coefficient of determination in the range of 0.91 to 0.93; to describe the behavior of the fermentation process.
Keywords: Engenharia Química
Álcool
Fermentação
Etanol
Fermentação alcoólica VHG
Influência da temperatura
Fermentação com alto teor de etanol
Ethanol
VHG alcoholic fermentation
Temperature influence
Alcoholic fermentation with high etanol concentration
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: CRUZ, Mariana Lopes. Avaliação de condições operacionais na fermentação alcoólica VHG empregando diferentes cepas de Saccharomyces cerevisiae. 2019. 119 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.321.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.321
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24567
Date of defense: 21-Feb-2019
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
AvaliacaoCondicoesOperacionais.pdf2.34 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.