Produção de biocombustíveis e oligossacarídeos prebióticos a partir de resíduos agrícolas ligno(hemi)celulósicos
Bioethanol and other cellulosic fuels are energy commodities derived from renewable sources of phytobiomasses with the potential to replace petroleum-based fuels. One of the most contemporary ways of obtaining bioethanol is by using ligno(hemi)cellulosic residues as feedstock. One good source of the...
| Autor principal: | Meger, Felipe Ravache |
|---|---|
| Formato: | Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2020
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9127 |
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riut-1-91272020-11-11T19:07:53Z Produção de biocombustíveis e oligossacarídeos prebióticos a partir de resíduos agrícolas ligno(hemi)celulósicos Production of biofuels and prebiotic oligosaccharides from ligno (hemi) cellulosic agricultural residues Meger, Felipe Ravache Fontana, José Domingos Tiboni, Marcela Costa Neto, Pedro Ramos da Couto, Gustavo Henrique Fontana, José Domingos Cascas Biocombustíveis Hidrólise Ácido fosfórico Fermentação Química Bark Biomass energy Hydrolysis Phosphoric acid Fermentation Chemistry CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::QUIMICA DOS PRODUTOS NATURAIS Bioethanol and other cellulosic fuels are energy commodities derived from renewable sources of phytobiomasses with the potential to replace petroleum-based fuels. One of the most contemporary ways of obtaining bioethanol is by using ligno(hemi)cellulosic residues as feedstock. One good source of these materials are the residual agricultural phytobiomasses (e.g. wheat husk, soybean hull, cane bagasse and chemically similar) found in abundance in Brazil due to the extent and economic influence of the agricultural practice in the country. In order to use these materials – such as the wheat husks and the soybean hulls – to produce biofuels, it is required a pretreatment process, preferably of the milder acid class, to seize the carbohydrates of the two dominant fractions: Cellulose and hemicellulose. In this final paper, preference was given to dilute phosphoric pretreatment (H3PO4 at pH effective in the pH range of 2 to 3 and therefore 5 - 25 mmol / L) - phosphoric hydrolysis, combined with moderate thermopressurization (159 - 180 ° C = 5 to 9 atm). This range allows not only to adhere to the complete hydrolysis or to optimize the release of hemicellulose pentoses but also to direct it in the direction of xylos oligosaccharides, already, per se, with prebiotic properties; and it also allows in parallel to solubilize the lignin, consequently benefiting the enzymatic hydrolysis of the residual cellulose. The methodology analytical baseline was the chromatography, in both thin layer (CCD) and high performance liquid (HPLC). The best pretreatment conditions with O-phosphoric acid in order to increase the saccharification power of the biomasses and thus the ethanol production for the wheat husk was of 7 atm and pH 3, obtaining a high content of hydrolysis percentage of 36.8%; For soybean hulls of 5 atm in the three pH (2, 2,5 and 3), obtaining on average 50 - 55%. However, for a high release of oligosaccharides in the soluble fraction, the best condition was 7 atm and pH 3, with the wheat husk being an agricultural residue with a higher concentration compared to soybean hulls. For the alcoholic fermentation, the Saccharomyces cerevisiae strain was more efficient in the production of ethanol in less time of experiment, in the best conditions, in the range of 8 μL/mL, compared to the strain of Pichia stipitis. O bioetanol e outros combustíveis celulósicos são commodities energéticas a partir de fontes renováveis de fitobiomassas e têm potencial para substituir os combustíveis derivados do petróleo. Uma das formas mais contemporâneas de obtenção do bioetanol é utilizando resíduos ligno(hemi)celulósicos como matéria-prima. Uma boa fonte desses materiais são as fitobiomassas residuais da agricultura (e.g. casca de trigo, casca de soja, bagaço de cana e quimicamente similares) encontrados em abundância devido à extensão e influência econômica dentro da prática agrícola brasileira. Para que tais materiais, como a casca de trigo e a casca de soja possam ser utilizados na produção de biocombustíveis, é necessário um processo de pré- tratamento, preferencialmente da classe dos ácidos mais brandos, para melhor aproveitar os carboidratos das duas frações dominantes: celulose e hemicelulose. Foi dada preferência ao pré-tratamento fosfórico diluído (H3PO4 em pH efetivo na faixa de pH de 2 a 3 e, portanto, 5 - 25 mmol/L) - hidrólise fosfórica, combinado a termopressurização moderada (159 - 180oC = 5 a 9 atm). Tal faixa permite tanto administrar a hidrólise completa ou liberação otimizada de pentoses das hemicelulose quanto parcializá-la na direção de xilo oligossacarídeos, já, per se, com propriedades prebióticas e ainda paralelamente, solubilizar a lignina, portanto, também favorecendo a ulterior hidrólise enzimática da celulose residual. A metodologia analítica basal foi a cromatografia, tanto em camada delgada (CCD) quanto líquida de alto desempenho (CLAE). As melhores condições de pré-tratamento com ácido O-fosfórico com intuito de elevar o poder de sacarificação das biomassas e assim a produção de etanol, para a casca de trigo foi de 7 atm e pH 3, obtendo um alto teor de porcentagem de hidrólise de 36,8%; para casca de soja de 5 atm nos três pH (2, 2,5 e 3), obtendo em média de 50 - 55 %. Já para uma alta liberação de oligossacarídeos na fração solúvel, a melhor condição foi de 7 atm e pH 3, tendo como a casca de trigo um resíduo agrícola com maior concentração comparado a casca de soja. Para a fermentação alcoólica, a cepa de Saccharomyces cerevisiae mostrou-se mais eficiente na produção de etanol em menos tempo de experimento, nas melhores condições, na faixa de 8 µL/mL, comparada a cepa de Pichia stipitis. 2020-11-11T19:07:52Z 2020-11-11T19:07:52Z 2016-11-18 bachelorThesis MEGER, Felipe Ravache. Produção de biocombustíveis e oligossacarídeos prebióticos a partir de resíduos agrícolas ligno(hemi)celulósicos. 2016. 89 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9127 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Bacharelado em Química UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Cascas Biocombustíveis Hidrólise Ácido fosfórico Fermentação Química Bark Biomass energy Hydrolysis Phosphoric acid Fermentation Chemistry CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::QUIMICA DOS PRODUTOS NATURAIS |
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Cascas Biocombustíveis Hidrólise Ácido fosfórico Fermentação Química Bark Biomass energy Hydrolysis Phosphoric acid Fermentation Chemistry CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::QUIMICA DOS PRODUTOS NATURAIS Meger, Felipe Ravache Produção de biocombustíveis e oligossacarídeos prebióticos a partir de resíduos agrícolas ligno(hemi)celulósicos |
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Bioethanol and other cellulosic fuels are energy commodities derived from renewable sources of phytobiomasses with the potential to replace petroleum-based fuels. One of the most contemporary ways of obtaining bioethanol is by using ligno(hemi)cellulosic residues as feedstock. One good source of these materials are the residual agricultural phytobiomasses (e.g. wheat husk, soybean hull, cane bagasse and chemically similar) found in abundance in Brazil due to the extent and economic influence of the agricultural practice in the country. In order to use these materials – such as the wheat husks and the soybean hulls – to produce biofuels, it is required a pretreatment process, preferably of the milder acid class, to seize the carbohydrates of the two dominant fractions: Cellulose and hemicellulose. In this final paper, preference was given to dilute phosphoric pretreatment (H3PO4 at pH effective in the pH range of 2 to 3 and therefore 5 - 25 mmol / L) - phosphoric hydrolysis, combined with moderate thermopressurization (159 - 180 ° C = 5 to 9 atm). This range allows not only to adhere to the complete hydrolysis or to optimize the release of hemicellulose pentoses but also to direct it in the direction of xylos oligosaccharides, already, per se, with prebiotic properties; and it also allows in parallel to solubilize the lignin, consequently benefiting the enzymatic hydrolysis of the residual cellulose. The methodology analytical baseline was the chromatography, in both thin layer (CCD) and high performance liquid (HPLC). The best pretreatment conditions with O-phosphoric acid in order to increase the saccharification power of the biomasses and thus the ethanol production for the wheat husk was of 7 atm and pH 3, obtaining a high content of hydrolysis percentage of 36.8%; For soybean hulls of 5 atm in the three pH (2, 2,5 and 3), obtaining on average 50 - 55%. However, for a high release of oligosaccharides in the soluble fraction, the best condition was 7 atm and pH 3, with the wheat husk being an agricultural residue with a higher concentration compared to soybean hulls. For the alcoholic fermentation, the Saccharomyces cerevisiae strain was more efficient in the production of ethanol in less time of experiment, in the best conditions, in the range of 8 μL/mL, compared to the strain of Pichia stipitis. |
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MEGER, Felipe Ravache. Produção de biocombustíveis e oligossacarídeos prebióticos a partir de resíduos agrícolas ligno(hemi)celulósicos. 2016. 89 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. |
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