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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Prospecção de biomassas lignocelulósicas para co-produção de etanol de segunda geração e biossurfactante empregando processos químicos e enzimáticos
Author: Lopes, Verônica dos Santos
First Advisor: Coutinho Filho, Ubirajara
First coorientator: Cardoso, Vicelma Luiz
First member of the Committee: Batista, Fabiana Regina Xavier
Second member of the Committee: Melo, Claudia Maria Tomas
Third member of the Committee: Campos, Edgar Silveira
Fourth member of the Committee: Vieira, Rafael Bruno
Summary: O esgotamento do petróleo, mudanças climáticas e questões ambientais aumentaram o interesse no uso de fontes alternativas e renováveis para produção de energia e produtos que sejam menos poluentes que os produtos de origem petroquímica. A conversão da biomassa em especialidades químicas e combustíveis tem sido o foco da indústria e dos pesquisadores na última década, para que assim se possa minimizar a geração de resíduos agroindustriais, desenvolver tecnologias ambientalmente eficazes e ampliar a produção de compostos gerados a partir de rotas sustentáveis. Neste contexto, o reaproveitamento de biomassas lignocelulósicas para produção de etanol e biossurfactantes representa uma forma de reduzir a poluição ambiental e ampliar a produção de compostos gerados a partir de rotas sustentáveis. Na presente tese, avaliou-se a produção de diferentes extratos enzimáticos brutos (EEB) gerados em fermentação em estado sólido (FES), utilizando o fungo Aspergillus niger. Os EEBs produzidos foram utilizados para produção simultânea de etanol e biossurfactante em co-fermentação na presença da levedura Saccharomyces cerevisiae e da bactéria Pseudomonas aeruginosa. O EEB que gerou maiores concentrações de etanol (8,4 g/L) e biossurfactante (9,1 g/L) foi obtido a partir da extração de duas FES, constituída por bagaço de cana explodido e farelo de arroz. Este EEB foi também utilizado para produção de etanol e biossurfactante em fermentação submersa com bagaço de cana explodido e leveduras S. cerevisiae e Candida glaebosa, na qual obteve-se 5,8 g/L de etanol e 6,6 g/L de biossurfactante em 48 h de fermentação. Na sequência, investigou-se a capacidade das leveduras S. cerevisiae e C. glaebosa produzirem essas duas substâncias em casca de arroz pré-tratada. Com os estudos anteriores, verificou-se que no EEB havia biossurfactante produzido durante a FES. Por isso, investigou-se esta produção com o uso de A. niger em FES com diferentes substratos. As maiores concentrações de biossurfactante obtidas foram de 7,6 g/L para 72 h de fermentação com substrato constituído por bagaço de cana explodido e farelo de arroz, e 10,1 g/L para 48 h de fermentação com substrato constituído por farelo de trigo e farelo de arroz. Com esta avaliação, investigou-se o uso desses EEB em fermentação submersa com diferentes biomassas pré-tratadas e com as leveduras S. cerevisiae e C. glaebosa para produção de etanol e biossurfactante. Na sequência foi realizado um estudo com ácido levulínico (AL) e P. aeruginosa para produção de biossurfactante, e observou-se que a P. aeruginosa teve dificuldade em converter o AL em raminose. Em seguida, avaliou-se a produção de etanol de S. cerevisiae com hidrólise enzimática e fermentação alcoólica realizadas separadamente (SHF), variando pH, tempo de hidrólise e temperatura, visando aumentar a produção de etanol. As melhores condições operacionais estudadas foram 18 h de hidrólise, a 40 °C em pH 4,0, gerando uma concentração de etanol de 19,8 g/L. Usando estas condições operacionais, concentrou-se o EEB em rotaevaporador nas temperaturas de 50 e 60 °C, e redução de volume de 25 e 50%. A condição mais favorável ao processo foi concentração do EEB a 50 °C com redução de 50% do volume, com produção de 21 g/L de etanol. E por fim, avaliou-se EEB de três diferentes meios de FES e suas combinações para produção de etanol. Observou-se que as distintas combinações de meios sólidos para produção de EEB influenciaram no tempo e na concentração de etanol. O EEB, composto por dois meios sólidos de bagaço de cana e farelo de arroz, foi o ensaio que proporcionou as maiores concentrações de etanol: 17,6 e 18,5 g/L nos tempos de 24 e 48 h, respectivamente.
Abstract: Oil depletion, climate change and environmental issues have increased the interest in the use of alternative and renewable sources for the production of energy and products that cause less pollution than petrochemical products. The conversion of biomass into specialty chemicals and fuels has been the focus of industry and researchers over the past decade, so that agro-industrial waste generation can be minimized, environmentally effective technologies developed, and the production of compounds generated from sustainable routes of biofuel increased. In this context, the re-use of lignocellulosic biomass for the production of ethanol and biosurfactants represents a way to reduce environmental pollution and increase the production of compounds generated from sustainable routes. In this doctoral thesis, the production of different crude enzyme complexes (CEC) generated in solid-state fermentation (SSF) using Aspergillus niger was evaluated. The CEC produced was used for the simultaneous production of ethanol and biosurfactant in co-fermentation in the presence of Saccharomyces cerevisiae e Pseudomonas aeruginosa. The CEC that generated higher concentrations of ethanol (8.4 g/L) and biosurfactant (9.1 g/L) was obtained from the extraction using two SSF, fermented medium consisting of steam-exploded sugarcane bagasse and rice bran. This CEC was also used to produce ethanol and biosurfactant in submerged fermentation with steam-exploded sugarcane bagasse and S. cerevisiae e Candida glaebosa; 5.8 g/L of ethanol and 6.6 g/L of biosurfactant were obtained in 48 hours of fermentation. Subsequently, the ability of yeasts S. cerevisiae and C. glaebosa to produce these two substantes in pre-treated rice husk was investigated. With previous studies, it was found that in CEC, the biosurfactant was produced during SSF. Therefore, this production was investigated with the use of A. niger in SSF with different substrates. The highest concentrations of biosurfactant obtained were 7.6 g/L at 72 h of fermentation, with the substrate consisting of exploded sugarcane bagasse and rice bran, and 10.1 g/L at 48 h of fermentation with substrate consisting of wheat bran and rice bran. With this evaluation, the use of these CECs in submerged fermentation with different pre-treated biomasses and the yeasts S. cerevisiae and C. glaebosa for the production of ethanol and biosurfactant was investigated. A study was carried out with levulinic acid (LA) and P. aeruginosa for the production of biosurfactant and it was observed that P. aeruginosa had difficulty in converting the LA in rhamnose. Then, the ethanol production of S. cerevisiae was evaluated with enzymatic hydrolysis and alcoholic fermentation (SHF), varying pH, hydrolysis time and temperature, aiming to increase ethanol production. The best operating conditions studied were 18 h of hydrolysis, at 40 °C and at pH 4.0, generating an ethanol concentration of 19.8 g/L. Using these operating conditions, the CEC was concentrated in a rotary evaporator at temperatures of 50 and 60 °C, and a volume reduction of 25% and 50%. The most favourable condition was the concentration of CEC at 50 °C with a reduction of 50%, and a yield of 21.0 g/L of ethanol. Finally, CEC of three different SSF media and their combinations for ethanol production was evaluated. It was observed that the different combinations of solid media for CEC production influenced the time and concentration of ethanol. The CEC composed of the two solid media of sugarcane bagasse and rice bran was the test that resulted in the highest concentrations of ethanol: 17.6 and 18.5 g/L at 24 and 48 h, respectively.
Keywords: Engenharia química
Álcool
Fermentação
Bagaço de cana
Etanol
Biossurfactante
Fermentação em estado sólido
Pseudomonas aeruginosa
Candida glaebosa
Biosurfactant
Solid state fermentation
Sugarcane bagasse
Aspergillus niger
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: LOPES, Verônica dos Santos. Prospecção de biomassas lignocelulósicas para co-produção de etanol de segunda geração e biossurfactante empregando processos químicos e enzimáticos. 2017. 108 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. Disponível em http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2017.74.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2017.74
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/18889
Date of defense: 14-Mar-2017
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