Avaliação da composição mineral do mosto de cana de açúcar no desempenho fermentativo com cultura mista de leveduras Saccharomyces cerevisiae diagnóstico e solução de problemas relacionados a produção industrial de etanol

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dc.contributor.advisor-co1Freitas, Fernanda Ferreira
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0883086742146577pt_BR
dc.contributor.advisor1Castiglioni, Gabriel Luis
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6050198962131737pt_BR
dc.contributor.referee1Castiglioni, Gabriel Luis
dc.contributor.referee2Vendruscolo, Francielo
dc.contributor.referee3Ribeiro, Eloizio Júlio
dc.creatorSilveira, Larissa Gabriele Silva
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1570481013278036pt_BR
dc.date.accessioned2023-04-26T10:27:54Z
dc.date.available2023-04-26T10:27:54Z
dc.date.issued2022-12-16
dc.description.abstractThe International Energy Agency estimates that ethanol from sugar cane reduces the emission of greenhouse gases by 89%. Brazil ranks second in world production of ethanol but still needs to improve in the coming years to reach the decarbonization targets proposed by the National Biofuel Policy. However, the process is consolidated the ethanol production improvement depends on the role performed by several factors as fermentation. Industrial yeasts are inoculated in the fermentation owing to their great fermentation characteristics but it may happen the entrance or appearance of contaminating microorganisms which are called wild yeasts. The process requires a wide range of minerals to reach adequate efficiency and a correct range of macro and micronutrients in the fermentation may improve the functioning of cellular metabolism and prevent the development of wild yeasts. This study aims to analyze the effects of mineral nutrients on ethanol production from synthetic sugarcane juice and a mixed culture of industrial and wild yeast. The industrial yeasts BG-1, CAT-1, FT-858L and PE-2 of the species Saccharomyces cerevisiae were used and the wild yeast was isolated from an Alcohol Power Plant in Goiás and called LFS. The yeasts were identified according to their macromorphological characteristics in the growth of colonies on plates. To assure the experimental reproducibility the synthetic sugarcane juice was used with 16% of sugars (m/v). The fermentation essays were evaluated by high performance liquid chromatography and residual sugars, glycerol, ethanol and acetic acid quantified. Minerals were quantified by atomic absorption spectrometry. The tests were carried out in the proportion of 30% of the wild yeast and 17.5% of each industrial yeast for 72 hours at 30ºC with 2.5 mL of the synthetic sugarcane juice. The inoculum was prepared from the scraping of the yeast present in the sterile plates and the solution mineral was added for the supplementation. The influence of Ca, Fe, Cu, K, P, N, S and Mg ions was evaluated at the end of fermentation through colony population dynamics, sugar residual and ethanol production. The tests showed that nitrogen, magnesium, sulfur and copper favor fermentation while calcium, phosphorus and iron are more prejudicial to the process. To evaluate the relationship between the prejudicial minerals was carried out a simplex-lattice mixture design with 3 components and results showed that excess calcium is prejudicial to ethanol production. Another simplexcentroid mixture design was carried out with the 4 elements identified as favorable in synthetic sugarcane juice with calcium excess and the contamination decreased by 67% with supplementation of nitrogen, magnesium and sulfur. Tests in natural sugarcane juice showed that reduction of contaminating was by 48% and confirmed that nitrogen, magnesium and sulfur are favorable to inhibit wild yeast growth. In conclusion, the tests demonstrated that supplementation of nitrogen, magnesium and sulfur reduces the contamination and increases ethanol production. As a suggestion, the addition of fertilizers with these minerals during the cultivation of sugarcane or in start fermentation may help to improve the industrial process.eng
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dc.description.resumoA Agência Internacional de Energia estima que o etanol proveniente da cana-de-açúcar reduz em 89% a emissão de gases de efeito estufa. O Brasil, mesmo ocupando o segundo lugar na geração global de etanol, ainda precisa crescer nos próximos anos para atingir as metas de descarbonização propostas pela Política Nacional de Biocombustíveis. Por mais que o processo de produção esteja consolidado, sua eficiência e melhoria dependem do papel desempenhado por diversos fatores, entre eles a fermentação. As cepas industriais são inoculadas no meio devido suas boas características fermentativas, entretanto, pode ocorrer a entrada ou surgimento de microrganismos contaminantes, que são chamados de leveduras selvagens. O processo requer uma vasta gama de minerais para atingir o rendimento adequado por isso, níveis adequados de macro e micronutrientes no meio permitem o bom funcionamento do metabolismo celular, a manutenção da viabilidade fermentativa e impedem o desenvolvimento das leveduras selvagens. Em vista disso, este estudo propõe a análise dos efeitos dos nutrientes minerais na fermentação dos açúcares contidos no caldo de cana-de-açúcar com cultura mista de leveduras industriais e selvagem. As leveduras industriais da espécie Saccharomyces cerevisiae BG-1, CAT-1, FT-858L e PE-2, e a levedura floculante selvagem isolada do processo produtivo de uma usina de etanol do estado de Goiás, chamada LFS, foram identificadas conforme suas características macromorfológicas no crescimento das colônias em placas. Para garantir a reprodutibilidade experimental, o mosto sintético com 16% de açúcares (m/v) foi usado, e sua caracterização por cromatografia líquida de alta performance identificou os açúcares residuais, glicerol, etanol e ácido acético, usados como parâmetros fermentativos. O teor mineral foi quantificado pela espectrometria de absorção atômica. Os ensaios foram conduzidos com 30% da levedura selvagem e 17,5% de cada levedura industrial, durante 72 horas, com 2,5 mL do mosto sintético, o inóculo preparado a partir da raspagem das cepas presentes nas placas de manutenção e a solução mineral. A influência dos íons Ca, Fe, Cu, K, P, N, S e Mg foi avaliada ao final da fermentação com base na dinâmica populacional da colônia, no consumo de açúcares e na produção de etanol. Os ensaios mostraram que nitrogênio, magnésio, enxofre e cobre favorecem a fermentação, enquanto cálcio, fósforo e ferro são mais prejudiciais ao processo. Para avaliar a relação entre os minerais danosos fez-se um delineamento de mistura simplex-láttice com 3 componentes e observouse que o cálcio isoladamente é o elemento mais prejudicial ao meio. Outro delineamento de mistura do tipo simplexcentróide foi realizado com os 4 elementos identificados como favoráveis em meios suplementados com cálcio e observou-se uma redução de 67% da contaminação inicial gerada pela interação entre N, Mg e S. Experimentos com mosto natural também foram realizados e comprovaram a redução em 48% ocasionada pela suplementação de nitrogênio, magnésio e enxofre. Assim, observa-se melhor eficiência fermentativa a partir da suplementação mineral de nitrogênio, magnésio e enxofre, com redução dos níveis de contaminação e aumento do rendimento de etanol, e sugere-se o a adição destes minerais em etapa industrial ou prematuramente no cultivo da cana a partir do uso de fertilizantes.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationSILVEIRA, L. G. S. Avaliação da composição mineral do mosto de cana de açúcar no desempenho fermentativo com cultura mista de leveduras Saccharomyces cerevisiae diagnóstico e solução de problemas relacionados a produção industrial de etanol. 2022. 98 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/12788
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RMG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Química (IQ)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectProdução de etanolpor
dc.subjectFermentação industrialpor
dc.subjectLeveduras selvagenspor
dc.subjectNutrientes mineraispor
dc.subjectEthanol productioneng
dc.subjectIndustrial fermentationeng
dc.subjectWild yeastseng
dc.subjectMineral nutrientseng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.titleAvaliação da composição mineral do mosto de cana de açúcar no desempenho fermentativo com cultura mista de leveduras Saccharomyces cerevisiae diagnóstico e solução de problemas relacionados a produção industrial de etanolpt_BR
dc.title.alternativeEvaluation of the mineral composition of sugarcane must in the fermentative performance with mixed culture of Saccharomyces cerevisiae yeasts diagnosis and solution of problems related to the industrial production of ethanoleng
dc.typeDissertaçãopt_BR

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