Fermentação de licor de hemicelulose advindo do pré-tratamento hidrotérmico do bagaço de malte com as leveduras Scheffersomyces stipitis e Pachysolen tannophilus para produção de etanol 2G

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dc.contributor.advisor-co1Suarez, Carlos Alberto Galeano
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5911055089145779eng
dc.contributor.advisor1Montano, Inti Doraci Cavalcanti
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8547423775951223eng
dc.contributor.referee1Montano, Inti Doraci Cavalcanti
dc.contributor.referee2Suarez, Carlos Alberto Galeano
dc.contributor.referee3Freitas, Fernanda Ferreira
dc.contributor.referee4Faria, Fabrícia Paula de
dc.creatorSilva, Elizabeth Gonçalves da
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2142367899402919eng
dc.date.accessioned2019-09-25T13:56:42Z
dc.date.issued2019-08-30
dc.description.abstractEthanol is considered an important alternative energy source that contributes to alleviate energy problems and global warming caused by the accumulation of CO2 from burning fossil fuels. In this sense, the production of ethanol from lignocellulosic materials, known as second generation ethanol (2G), has stood out for presenting environmental advantages and economical. However, the economic viability of this process depends on the utilization of all fermentable fractions present in the different lignocellulosic materials under study, allowing the conversion of both cellulose (C6) and hemicellulose (C5) into ethanol. After the hydrolysis step of these materials is generated as main sugars, glucose and xylose, respectively. Xylose is not fermented by Saccharomyces cerevisiae (yeast widely used in 1G ethanol production), however Scheffersomyces stipitis and Pachysolen tannophilus are considered good biocatalysts for 2G fuel. This work evaluated xylose consumption and metabolites produced in different types of fermentation media. (YPX, MMX and hydrothermal pretreatment liquor from brewer’s spent grain supplemented) in aerobic system and with oxygen limitation. Using two pentose fermenting yeasts, S. stipitis and P. tannophilus, as an industrially viable alternative for the production of bioethanol in brewer’s spent grain hemicellulosic liquor, in order to determine between the two strains cited, a yeast with high ethanol/xylitol selectivity from the fermentation of this liquor through the conversion of xylose. The crops were performed in shaken flasks 500 mL volume filled with 200 mL of inoculated media at 200 rpm with a temperature of 30 ° C; and in 2 mL eppendorfs containing 1.5 mL of the inoculated media at 100 rpm and 30 °C. In cultures with aerobic conditions cell concentrations up to 10.64 g/L were achieved with the P. tannophilus strain in YPX media compared with the cell concentration of 5.42 g/L of the S. stipitis strain in YPX media but in oxygen limitation. At the end of the process were evaluated the kinetic parameters of each yeast in the different culture media and the values for maximum specific speed, xylose conversion factor in cells, xylose conversion factor in ethanol and xylitol were μmax = 0,21 h-1 to S. stipitis in the YPX media under aerobic conditions, Yx/s = 0,56 to P. tannophilus in the YPX media under aerobic conditions, YP/S(etanol) = 0,26 to S. stipitis in the YPX media under oxygen limitation, YP/S(xylitol) = 0,55 to S. stipitis in the MMX media under oxygen limitation. But for the researched environment, hemicellulose liquor from brewer’s spent grain supplemented with MMX components with 1.5 g/L urea obtained better responses for S. stipitis in relation to cell growth and ethanol production under aerobic conditions, already for ethanol production under conditions of oxygen limitation obtained better yield to P. tannophilus, as well as to the production factor of xylitol in the two oxygenation conditions studied. Therefore for better ethanol production the S. stipitis yeast had the highest YP/S(ethanol) = 0,1 under aerobic conditions, and for xylitol production the P. tannophilus strain is the most effective reaching YP/S(xylitol) = 0,46 under conditions of oxygen limitation. With the use of LHBMS media with urea at 6 g/L S. stipitis presented similarity with the conversion factors of urea (1.5 g/L) in the studied oxygen conditions, increasing only the accumulation of ethanol mainly in limitation of oxygen, reaching 3.9 g/L. In this media for P. tannophilus the yield was not plausible, prevailing the media with lower concentration of nitrogen source, because it favored the production of acetic acid, inhibiting the cellular metabolism of this yeast.eng
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dc.description.resumoO etanol é considerado uma importante fonte de energia alternativa, que contribui para amenizar os problemas energéticos e o aquecimento global provocado pelo acúmulo de CO2 oriundo da queima de combustíveis fósseis. Neste sentido, a produção de etanol a partir de materiais lignocelulósicos, conhecido como etanol de segunda geração (2G), vem se destacando por apresentar vantagens ambientais e econômicas. Entretanto, a viabilidade econômica desse processo depende do aproveitamento de todas as frações fermentescíveis presentes nos diferentes materiais lignocelulósicos em estudo, permitindo a conversão tanto da celulose (C6) quanto da hemicelulose (C5) em etanol. Após a etapa de hidrólise desses materiais gera-se como principais açúcares, glicose e xilose, respectivamente. A xilose não é fermentada pela Saccharomyces cerevisiae (levedura muito utilizada na produção de etanol 1G), no entanto, Scheffersomyces stipitis e Pachysolen tannophilus são considerados bons biocatalisadores para o combustível 2G. Este trabalho avaliou o consumo de xilose e os metabólitos produzidos em diferentes tipos de meio de fermentação (YPX, MMX e licor do pré- tratamento hidrotérmico do bagaço de malte suplementado) em sistema aeróbio e com limitação de oxigênio. Utilizando duas leveduras fermentadoras de pentose, a S. stipitis e P. tannophilus, como uma alternativa viável industrialmente para a produção de bioetanol em licor hemicelulósico do bagaço de malte, a fim de determinar entre as duas cepas citadas, uma levedura com elevada seletividade etanol/xilitol a partir da fermentação deste licor, através da conversão de xilose. Os cultivos foram realizados em frascos agitados de 500 mL de volume preenchido com 200 mL de meio inoculado a 200 rpm com temperatura de 30 °C; e em eppendorfs de 2 mL contendo 1,5 mL do meio inoculado a 100 rpm e 30 °C. Em cultivos com condições de aerobiose concentrações celulares de até 10,64 g/L foram atingidas com a cepa P. tannophilus no meio YPX comparado com a concentração celular de 5,42 g/L da cepa S. stipitis em meio YPX porém em limitação de oxigênio. Ao final do processo foram avaliados os parâmetros cinéticos de cada levedura nos diferentes meios de cultivo e os valores para velocidade específica máxima, fator de conversão xilose em células, fator de conversão xilose em etanol e em xilitol foram μmáx = 0,21 h-1 para a S. stipitis em meio YPX em condições de aerobiose, YX/S = 0,56 para P. tannophilus no meio YPX em condições de aerobiose, YP/S etanol = 0,26 para S. stipitis em meio YPX com limitação de oxigênio, Yp/s xilitol = 0,55 para S. stipitis em meio MMX com limitação de oxigênio. Porém para o meio pesquisado, o licor da hemicelulose do bagaço de malte suplementado com componentes do MMX com ureia a 1,5 g/L, obteve melhores respostas para S. stipitis em relação a crescimento celular e produção de etanol em condições de aerobiose, já para a produção de etanol em condições de limitação de oxigênio obteve melhor rendimento a P. tannophilus, bem como para o fator de produção de xilitol nas duas condições de oxigenação estudadas. Portanto para melhor produção de etanol a levedura S. stipitis foi a que teve um maior YP/S(etanol) = 0,1 em condições aeróbias, e para a produção de xilitol a cepa P. tannophilus é a mais eficaz alcançando YP/S(xilitol) = 0,46 em condições de limitação de oxigênio. Já com o uso do meio LHBMS com ureia a 6 g/L a S. stipitis apresentou similaridade com os fatores de conversão da ureia (1,5 g/L) nas condições de oxigênio estudada, aumentando apenas o acúmulo de etanol principalmente em limitação de oxigênio, alcançando a 3,9 g/L. Neste meio para a P. tannophilus o rendimento não foi plausível, prevalecendo o meio com menor concentração de fonte de nitrogênio, pois este favoreceu à produção de ácido acético, inibindo o metabolismo celular dessa levedura.eng
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEGeng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationSILVA, E. G. Fermentação de licor de hemicelulose advindo do pré-tratamento hidrotérmico do bagaço de malte com as leveduras Scheffersomyces stipitis e Pachysolen tannophilus para produção de etanol 2G. 2019. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2019.eng
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/10043
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RG)eng
dc.publisher.initialsUFGeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Química (IQ)eng
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectEtanol 2Gpor
dc.subjectHemicelulosepor
dc.subjectScheffersomyces stipitispor
dc.subjectPachysolen tannophiluspor
dc.subjectXilosepor
dc.subject2G ethanoleng
dc.subjectHemicelluloseeng
dc.subjectScheffersomyces stipitiseng
dc.subjectPachysolen tannophiluseng
dc.subjectXyloseeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAeng
dc.titleFermentação de licor de hemicelulose advindo do pré-tratamento hidrotérmico do bagaço de malte com as leveduras Scheffersomyces stipitis e Pachysolen tannophilus para produção de etanol 2Geng
dc.title.alternativeFermentation of hemicellulose liquor advanced from the hydrothermal pre-treatment of the brewer’s spent grain with yeast Scheffersomyces stipitis and Pachysolen tannophilus for ethanol 2G productioneng
dc.typeDissertaçãoeng

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