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Previous issue date: 2013-02-21 / There are currently several studies aiming to convert plant biomass, which offers low cost
and high generation in a sustainable and alternative energy source, thus adding economic
value to the material. Lignocellulosic fibers, after passing through specific pretreatment of
hydrolysis, originate fermentable sugars that can be biotransformed on second-generation
ethanol. The breaking of this complex results in two main fractions, the cellulosic and the
hemicellulosic fractions. The cellulosic one is still a challenge due to the cost, since it
requires a pretreatment with high concentrations of acids and high thermal energy, and an
enzymatic treatment too. The hemicellulosic fraction is more easily removable and it is
composed primarily of xylose, but this sugar is not easily fermentable by traditional yeasts.
The Pichia stipitis yeast has been studied due to its ability to use pentoses, appearing to be
promising yeast for further industrial application. For this reason, this work aimed to evaluate
fermentation parameters such as pH, temperature and agitation for ethanol production by
Pichia stipitis ATCC 58376 in a medium consisting of the hemicellulosic hydrolyzate of
sunflower meal, a by-product of sunflower oil extraction. In addition, the effects of inoculum
adaptation were evaluated through the cultivation of cells in the hydrolyzed one and the
reuse of the cells recovered at the end of the fermentation process. Sunflower meal was
subjected to acid hydrolysis with sulfuric acid 6% (m/v), 120 atm in 20 min, resulting in a
hemicellulosic hydrolyzate with 8.06 g.l-1 of glucose, 49.93 g.L-1 of xylose, 8.67 g.L-1 of
arabinose, 3.55 g.L-1 of acetic acid, 0.031 g.L-1 of hydroxymethylfurfural, 0.033 g.L-1 of
furfural, and 0.89 g.L-1 of phenols. The hydrolyzed one was detoxified by pH changes and
adsorption with activated carbon to reduce or eliminate compounds formed during the
hydrolysis, which are toxic to microbial metabolism. After this treatment, there was a
reduction of 58% of acetic acid, and furfural, hydroxymethylfurfural and phenols were not
detected in the hydrolyzate. Fermentations were conducted according to a factorial 33-
DCCR, with 8 major tests, 6 axial and 3 central, totalizing 17 tests in different conditions of
pH, temperature and agitation. Data analysis was performed using the STATISTICA 8.0
program. The tests showed no significant difference between them until the period of 72
hours, since in the test 14 (pH 5.0, 30ºC and 234 rpm) and in the 15, 16 and 17 central points
(pH 5.0, 30° C and 150 rpm) it was verified the largest concentrations of ethanol, 13.31 g.L-1
and 13.28 g.L-1 respectively after 84 hours, regardless of the condition of the inoculum
preparation. Efficiency and productivity were the same for the last five tests (13, 14, 15, 16
and 17): 0.45 g. g-1 and 0.185 g.l-1 .h-1after 84 hours of fermentation. The optimization of the
process led to a final production of ethanol of 13.92 g.l-1, 4.38% higher than test 13, yield
equivalent to the theoretical, 0, 51g.g-1, and productivity of 0.165 g.L-1.h-1 after 84 hours of
fermentation. / Atualmente há vários estudos com objetivo de converter a biomassa vegetal, a qual
apresenta baixo custo e alta geração, em uma fonte alternativa e sustentável de energia,
agregando valor econômico à matéria. As fibras lignocelulósicas, após passarem por
pré-tratamento específico de hidrólise, originam açúcares fermentescíveis que podem ser
biotransformados em etanol de segunda geração. A quebra desse complexo resulta em
duas frações principais: a celulósica e a hemicelulósica. A fração celulósica é ainda um
desafio devido ao custo, já que esta requer um pré-tratamento com altas concentrações de
ácidos e grande energia térmica e ainda um tratamento enzimático. A fração hemicelulósica
é mais facilmente extraível e constituída principalmente por xilose, porém este açúcar não é
facilmente fermentável por leveduras tradicionais. A levedura Pichia stipitis está sendo muito
estudada devido a sua capacidade de utilizar pentoses, mostrando ser muito promissora
para aplicação industrial. Por essa razão, este trabalho teve como objetivo avaliar
parâmetros fermentativos como pH, temperatura e agitação para a produção de etanol por
Pichia stipitis ATCC 58376, em meio constituído de hidrolisado hemicelulósico de farelo de
girassol, um sub-produto da extração do óleo de girassol. Além disso, foram avaliados os
efeitos da adaptação do inóculo pelo cultivo das células no hidrolisado e o reaproveitamento
das células separadas ao final de repetições do processo fermentativo. O farelo de girassol
foi submetido à hidrolise ácida com ácido sulfúrico 6% (m/v), 120 atm, por 20 min.,
resultando num hidrolisado hemicelulósico com 8,06 g.L-1 de glicose, 49,93 g.L-1 de xilose,
8,67 g.L-1 de arabinose, 3,55 g.L-1 de ácido acético, 0,031 g.L-1 de hidroximetilfurfural,
0,033 g.L-1 de furfural e 0,89 g.L-1 de fenóis. O hidrolisado foi destoxificado por alterações de
pH e adsorção com carvão ativado, a fim de reduzir e/ou eliminar compostos formados
durante a hidrólise, que são tóxicos ao metabolismo microbiano. Após esse tratamento,
houve redução de 58% de ácido acético e o hidroximetilfurfural, furfural e fenóis não foram
detectados no hidrolisado. As fermentações foram conduzidas segundo um esquema fatorial
33 - DCCR, com 8 ensaios principais, 6 axiais e 3 centrais, totalizando 17 ensaios, em
diferentes condições de pH, temperatura e agitação. A análise dos dados foi realizada
empregando-se o programa STATISTICA 8.0. Os ensaios apresentaram diferença
significativa entre si até o período de 72 horas, sendo que no ensaio 14 (pH 5,0, 30ºC e
234 rpm) e nos ensaios 15, 16 e 17 nos pontos centrais (pH 5,0, 30 ºC e 150 rpm) foram
verificadas as maiores concentrações de etanol, 13,31 g.L-1 e 13,28 g.L-1, respectivamente,
em 84 horas e independentemente da condição de preparo do inóculo. O rendimento e a
produtividade foram iguais para os cinco últimos ensaios (13, 14, 15,16 e 17), 0,45 g.g-1 e
0,185 g.L-1.h-1 em 84 horas de fermentação. A otimização do processo levou a uma
produção final de etanol de 13,92 g.L-1, 4,38% superior ao ensaio 13, rendimento
equivalente ao teórico: 0,51g.g-1 e produtividade de 0,165 g.L-1.h-1 em 84 horas de
fermentação.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.unioeste.br:tede/2607 |
| Date | 21 February 2013 |
| Creators | Tavares, Bruna |
| Contributors | Sene, Luciane |
| Publisher | Universidade Estadual do Oeste do Parana, Programa de Pós-Graduação "Stricto Sensu" em Engenharia Agrícola, UNIOESTE, BR, Engenharia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE, instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná, instacron:UNIOESTE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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