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Previous issue date: 2014-04-23 / Financiadora de Estudos e Projetos / Glucose isomerase (GI) was covalently immobilized and co-immobilized with baker yeast in calcium alginate beads for ethanol production by simultaneous isomerization and fermentation of xylose or hemicellulose hydrolysate from bagasse. GI was covalently immobilized on glutaraldehyde-chitosan and high protein loads were immobilized (30-68 support mg.g-1). High immobilization yields (100%) and activity recovery (90%) were achieved. Under typical operation conditions of simultaneous isomerization and fermentation (pH 5, 35°C, medium with nutrients and ethanol concentrations up to 70g.L-1) the derivative remained 90% of initial activity after 120 hours. Calcium carbonate was used to maintain the pH in isomerization/fermentation medium higher than 5.0, ensuring high conversion of xylose at 32- 35°C. Accordingly, concentrations of enzyme and yeast in the reactor of 60-120.103UI.L-1 and 50g.L-1, respectively, resulted in better yields and selectivity for ethanol batch production. After consumption of ~ 65g.L-1 of xylose in about 12 hours, 21g.L-1 of ethanol and 14g.L-1 of xylitol was produced. In a medium without calcium carbonate, partial sugar conversion was observed due to the reduction of pH medium, which decreased up to 4.7, causing the inactivation of GI. The treatment of sugarcane bagasse with diluted acid resulted in hydrolysate with 61.0g. L-1 of xylose, 7.3g.L-1 of arabinose, 7.2g.L-1 of glucose, 10.4g.L-1 of acetic acid, 0.53g.L-1 of furfural, 0.06g.L-1 of hydroxymethylfurfural and 4.3g.L-1 of lignin derivatives. Baker yeast was able to produce ethanol from non-detoxified liquid hydrolysate as efficiently as pure xylose medium. Simultaneous isomerization and fermentation using non-detoxified hydrolysate led to 23 g.L-1 ethanol, yield of 0.34g.g-1 and a productivity of 1.8g.L-1.h-1. Continuous process was conducted for 7 days. The operation for longer periods of time will be possible with pH control and microbial contamination prevention. / Neste estudo, a enzima glicose isomerase e a levedura de panificação Saccharomyces cerevisiae foram coimobilizadas em gel de alginato de cálcio para aplicação no processo contínuo de produção de etanol a partir de xilose e de hidrolisados de hemicelulose do bagaço de cana via simultânea isomerização e fermentação dos açúcares. A imobilização prévia da enzima em suportes porosos antecedeu o processo de coimobilização. Elevadas cargas de proteína foram imobilizadas no suporte glutaraldeído-quitosana (30-68 mg.g-1 de suporte). Neste caso, elevados rendimentos de imobilização (~100 %) e atividade recuperadas superiores a 90 % foram alcançados. Em condições típicas de simultânea isomerização e fermentação de xilose (pH 5, 35 °C, presença de nutrientes e concentrações de etanol até 70 g.L-1) a enzima imobilizada manteve aproximadamente 90% da atividade inicial após 120 horas. Carbonato de cálcio foi utilizado para manutenção do pH do meio de isomerização/fermentação superior a 5,0, garantindo elevada conversão da xilose a 32-35 °C. Nessas condições, concentrações de enzima e levedura no reator da ordem de 60120103UI.L-1 e 50 g.L-1, respectivamente, resultaram nos melhores rendimentos e seletividade em etanol, em batelada. Após o consumo de 65 g.L-1 de xilose no intervalo em 12 horas, em média, 21 g.L-1 de etanol e 14 g.L-1 de xilitol foram produzidos. Na ausência de carbonato de cálcio, a conversão do açúcar foi parcial devido à redução do pH do meio, que chegava a 4,7, impossibilitando a atividade de GI. O hidrolisado de hemicelulose resultante do tratamento do bagaço de cana com ácido diluído apresentou composição média de 61,0 g.L-1 de xilose; 7,3 g.L-1 de arabinose; 7,2 g.L-1 de glicose; 10,4 g.L- 1 de ácido acético; 0,53 g.L-1 de furfural; 0,06 g.L-1 de hidroximetilfurfural e 4,3 g.L-1 de derivados da lignina. A simultanea isomerização e fermentação de meio preparado com hidrolisado não destoxificado gerou 23 g.L-1 de etanol, com rendimento de 0,34 g.g-1 e produtividade de 1,8 g.L-1.h-1. O processo contínuo de simultanea isomerização e fermentação de xilose foi conduzido com rendimentos equivaventes ao processo descontínuo por um período de 7 dias. Nesse caso, a operação por longos períodos será possível com o controle do pH e prevenção contra contaminações microbianas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/3956 |
| Date | 23 April 2014 |
| Creators | Silva, Claudia Ramos da |
| Contributors | Giordano, Raquel de Lima Camargo |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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