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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Influência de diferentes pré-tratamentos na hidrólise enzimática da biomassa da cana-de-açúcar para a produção de açúcares fermentescíveis e xilo-oligossacarídeos : Influence of different pretreatments on the enzymatic hydrolysis of sugarcane biomass for the production of fermentable sugars and xylooligosaccharides
Title Alternative: Influence of different pretreatments on the enzymatic hydrolysis of sugarcane biomass for the production of fermentable sugars and xylooligosaccharides
Author: Ávila, Patrícia Felix, 1990-
Advisor: Goldbeck, Rosana, 1982-
Abstract: Resumo: Os resíduos agroindustriais lignocelulósicos tais como os provenientes do processamento da cana-de-açúcar podem ser uma fonte potencial de muitos compostos de interesse industrial, tais como compostos antioxidantes, xilo-oligossacarídeos (XOS), bem como fonte de polissacarídeos para a liberação de monossacarídeos fermentescíveis para a produção de biocombustíveis. Neste contexto um estudo exploratório comparativo entre a aplicação de diferentes pré-tratamentos como líquido iônico e ácido sulfúrico diluído, foi realizado de modo a analisar e entender as alterações da composição química e os efeitos das enzimas comerciais utilizadas no processo de hidrólise enzimática da biomassa de cana-de-açúcar (bagaço + palha) 50% (m/m). Planejamentos experimentais foram realizados a fim de determinar as concentrações enzimáticas ideais para produção de açúcares fermentescíveis (glicose e xilose) e XOS. A partir dos resultados encontrados, podemos perceber que a composição química da mistura de biomassa de cana-de-açúcar (bagaço + palha) após diferentes estratégias de pré-tratamento foram bastante similares. No entanto os pré-tratamentos com líquido iônico acetato de 1-etil-3-metil-imadazólio ([Emin][Ac]) (Iolitec®) proporcionaram maiores porcentagens de remoção de lignina total e, conseqüentemente, as biomassas pré-tratadas apresentaram valores de rendimentos de hidrólise enzimática ligeiramente maiores em glicose e xilose do que as amostras pré-tratadas com ácido sulfúrico diluído. Verificou-se também que as enzimas ?-L-arabinofuranosidase (Aspergillus ninger), ?-xilosidase (Bacillus pumilus) (Megazyme®), endo-1,4-xilanase (NS50030) e celulase (NS50013) (Novozyme®), nas concentrações estudadas (10 mg/gsubstrato, 9 mg/gsubstrato, 16 mg/gsubstrato e 22 mg/gsubstrato) respectivamente, proporcionaram altos rendimentos em açúcares fermentescíveis para ambas as estratégias de pré-tratamento estudadas na hidrólise enzimática. Além disso a ausência da ?-glicosidase (Novozyme®-NS50010) não afetou o processo, podendo nesta condição ser removida do meio reacional, diminuindo assim, os custos com as enzimas requeridas. Em relação a produção de XOS foi possível verificar que dentre as enzimas estudadas, apenas as enzimas ?-L-arabinofuranosidase e endo-1,4-xilanase obtiveram efeito positivo e significativo em um intervalo de 90% de confiança para os dois tipos de substratos avaliados no planejamento Plackett-Burnan. A partir da realização do delinemamento central composto rotacional (DCCR) foi possível verificar valores de concentrações de XOS totais em torno de 251.12 mg/L e 229.17 mg/L para as amostras pré-tratadas com ácido sulfúrico diluído e com líquido iônico respectivamente. Todos modelos gerados se ajustaram bem aos dados experimentais com porcentagens de variação explicada (R2) acima de 96%, demonstrando que as alternativas empregadas são propriamente exeqvíveis para obtenção de concentrações enzimáticas ideais. O pré-tratamento com líquido iônico possibilitou uma redução em até 20% da concentração de endo-1,4-xilanase (NS50036) em relação a concentração empregada para a biomassa pré-tratada com ácido sulfúrico diluído. Por fim esse trabalho possibilitou obter informaçoes que proporcionaram o desenvolvimento técnico-científico da pesquisa brasileira além de cumprir com os requisitos de inovação com potencial aplicação industrial

Abstract: Lignocellulosic agroindustrial wastes such from the processing of sugarcane may be a potential source of many compounds of industrial interest, such as antioxidant compounds, xylooligosaccharides (XOS), as well as source of polysaccharides for the release of monosaccharides for biofuels production. In this context, a comparative exploratory study among the application of different pretreatments as ionic liquid and dilute sulfuric acid was carried out in order to analyze and understand the changes of the chemical composition and the effects of the commercial enzymes used in the enzymatic hydrolysis process of the sugarcane biomass (bagasse + straw) 50% (w/w). Experimental design was performed to determine optimum enzyme concentrations for the production of fermentable sugars (glucose and xylose) and XOS. From the results found, we observed that the chemical composition of the sugarcane biomass mixture (bagasse + straw) after different pretreatment strategies presented similar values. On the other hand, pretreatments with 1-ethyl-3-methyl-imadazolium acetate ([Emin][Ac]) (Iolitec®) provided higher percentages of total lignin removal and hence pretreated samples slight higher yield values in glucose and xylose yields than the pretreated samples with dilute sulfuric acid. It was also found that the enzymes ?-L-arabinofuranosidase (Aspergillus ninger), ?-xylosidase (Bacillus pumilus) (Megazyme®), endo-1,4-xylanase (NS50030) and cellulase (NS50013) (Novozyme®) in the study concentration range (10 mg/gsubstrate, 9 mg/gsubstrate, 16 mg/gsubstrate and 22 mg/gsubstrate) respectively, provided high yields of fermentable sugars for both pretreatment strategies carried out in the enzymatic hydrolysis. In addition, the absence of ?-glucosidase (Novozyme®-NS50010) did not affect the process, which could be removed from the reaction medium, thus reducing costs with required enzymes. Regarding theproduction of XOS, only the enzymes ?-L-arabinofuranosidase and endo-1,4-xylanase presented a positive and significant effect in a 90% confidence interval for the two types of evaluated substrate in Plackett-Burnan planning. By conduction experiments rotatable central compound design (DCCR) was possible to verify values of total XOS concentrations of 251.12 mg/L and 229.17 mg/L for pretreated samples with diluted sulfuric acid and with ionic liquid respectively. All generated models fitted well to experimental data with percentages of explained variation (R2) above 96%, demonstrating that the alternatives employed are properly feasible to obtain optimum enzymatic concentrations. The pretreatment with ionic liquid allowed a reduction of up to 20% in the concentration of endo-1,4-xylanase (NS50036) in relation to the concentration used for the pretreated biomass with dilute sulfuric acid. Finally, this work made it possible to obtain information that provided the technical-scientific development of the Brazilian research, besides complying with the requirements of innovation with potential industrial application
Subject: Biomassa
Cana-de-açúcar
Pré-tratamento
Liquido iônico
Hidrólise enzimática
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: ÁVILA, Patrícia Felix. Influência de diferentes pré-tratamentos na hidrólise enzimática da biomassa da cana-de-açúcar para a produção de açúcares fermentescíveis e xilo-oligossacarídeos: Influence of different pretreatments on the enzymatic hydrolysis of sugarcane biomass for the production of fermentable sugars and xylooligosaccharides. 2018. 1 recurso online (150 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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