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Title in Portuguese: Estudo do pré-tratamento do bagaço de caju com peróxido de hidrogênio alcalino para a produção de etanol
Title: Study of pretreatment of cashew apple bagasse with alkaline hydrogen peroxide to ethanol production
Author: Correia, Jessyca Aline da Costa
Advisor(s): Rocha, Maria Valderez Ponte
Co-advisor(s): Gonçalves, Luciana Rocha Barros
Keywords: Engenharia química
Fermentação
Hidrólise
Etanol
Issue Date: 22-Feb-2013
Citation: CORREIA, J. A. C. Estudo do pré-tratamento do bagaço de caju com peróxido de hidrogênio alcalino para a produção de etanol. 2013. 118 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
Abstract in Portuguese: O pré-tratamento do bagaço de caju (BC) com peróxido de hidrogênio alcalino (PHA) e a hidrólise enzimática do BC-PHA foram avaliados visando a conversão de celulose e hemicelulose em açucares fermentescíveis. Primeiramente foram avaliados os efeitos da concentração de peróxido de hidrogênio a pH 11,5, a carga de biomassa e o tempo do pré-tratamento a 35 °C e 250 rpm, na hidrólise enzimática, da biomassa pré-tratada, com celulase comercial a uma carga de 11,4 FPU/gcelulose. O BC utilizado neste estudo continha 20,56 ± 20,19% de celulose, 10,17 ± 0,89% de hemicelulose e lignina 35,26 ± 0,90%. O pré-tratamento resultou numa redução no teor de lignina dos sólidos residuais. A melhor condição de pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino obtida foi 4,3% v/v de H2O2, pH 11,5, 5% m/ v de BC a 35 °C por 6 h, os sólidos resultantes dos pré-tratamentos foram denominados de BC-PHA. Após a melhor condição do pré-tratamento ser encontrada, foi avaliado o efeito da combinação de quatro enzimas comerciais na hidrólise enzimática. A combinação das enzimas complexo celulase e β-glicosidase, na proporção de 0,61:0,39, com carga de 30 FPU/gCAB-PHA e 66 CBU/gCAB-PHA, respectivamente, proporcionou a maior concentração de açúcares. O maior rendimento de açúcar foi obtido com a carga de celulose de 4 gcelulose/100 mL, com rendimento de glicose de 511,68 mg/gCAB-AHP (36 g/L) e rendimento de xilose de 237,8 mg/gCAB-AHP (13 g/L). O líquido obtido após hidrólise enzimática foi utilizado para avaliar a produção de etanol utilizando os micro-organismos Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 e K. marxianus CCA510 a 30 ºC e 150 rpm. A concentração de etanol foi semelhante para todos os micro-organismos (aproximadamente 15 g/L). No entanto, a levedura S. cerevisiae apresentou maior produtividade. A fração sólida obtida após o pré-tratamento foi utilizada no estudo de sacarificação e fermentação simultâneas (SFS), realizado utilizando as enzimas complexo celulase (30 FPU/gCAB-AHP) e β-glicosidase (66 CBU/gCAB-AHP) a 45 ºC e 150 rpm avaliando as leveduras K. marxianus ATCC 36907 e K. marxianus CCA510. A concentração de etanol obtida por SFS do BC-PHA por K. marxianus ATCC36907 atingiu 18 g/L com 48 h de processo, correspondendo a um rendimento de 98% de etanol com base no teor de celulose disponível. Os resultados mostram que o peróxido de hidrogênio em meio alcalino é eficaz para o tratamento prévio de BC e o sólido obtido pode ser utilizado na produção de etanol por SFS.
Abstract: Alkaline H2O2 pretreatment (AHP) and enzymatic saccharification were evaluated for conversion of cashew apple bagasse (CAB) cellulose and hemicellulose to fermentable sugars. First, the effects of the concentration of hydrogen peroxide at pH 11.5, the biomass loading and the pretreatment duration performed at 35 °C and 250 rpm were evaluated after the subsequent enzymatic saccharification of the pretreated biomass using a commercial cellulase enzyme with low load. The CAB used in this study contained 20.56 ± 20.19% cellulose, 10.17 ± 0.89% hemicellulose and 35.26 ± 0.90% lignin. The pretreatment resulted in a reduced lignin content in the residual solids. The best condition pretreatment from CAB was obtained with alkaline hydrogen peroxide (4.3% v/v H2O2), pH 11.5, 35 °C, 5% w/v CAB for 6 h, these solids were named of CAB-AHP. After, the effect of the combination of four commercial enzymes were evaluated. The combination of the enzymes, cellulase complex and β-glucosidase, on the proportion of 0.61:0.39 with load of 30 FPU/gCAB-AHP and 66 CBU/gCAB-AHP, respectively, was found to achieved high monomeric sugar release. The higher sugar yield was in the assays with 4 gcellulose/100 mL obtained glucose yield of 511.68 mg/gCAB-AHP (36 g/L) and xylose yield of 237.8 mg/gCAB-AHP (13 g/L). The liquid obtained after hydrolysis enzymatic was used in separate hydrolysis and fermentation (SHF) process with Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus ATCC 36907 and K. marxianus CCA510 at 30 ºC and 150 rpm. The ethanol concentration was similar for all microorganism (approx 15 g/L). However the yeast S. cerevisiae showed higher productivity. Also, the solid fraction obtained of pretreatment was used in the study of simultaneous saccharification and fermentation (SSF). SSF was conducted using cellulose complex enzyme (30 FPU/gCAB-AHP) and β-glucosidase enzyme (66 CBU/gCAB-AHP) at 45 ºC and 150 rpm and evaluated the yeasts K. marxianus ATCC 36907 and K. marxianus CCA510. The ethanol concentration in SSF from CAB-AHP using K. marxianus ATCC36907 reached 18 g/L with 48 h, corresponding to an ethanol yield of 98% based on cellulose content. The results show that alkaline hydrogen peroxide is effective for the pretreatment of CAB and this solid can be used on the ethanol production by SSF.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/5045
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