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Tipo: Dissertação
Título: Pré-tratamento de bagaço de malte cervejeiro com ácido oxálico para solubilização de hemicelulose e obtenção de xilitol e compostos orgânicos voláteis
Autor(es): Schmidt, Aline Ruth
Primeiro Orientador: Bender, João Paulo
Primeiro coorientador: Alves Júnior, Sérgio Luiz
Resumo: A biomassa lignocelulósica de diversos vegetais vem sendo estudada nas últimas décadas como matriz renovável para a obtenção de fontes de energia ecologicamente sustentáveis, como o etanol de segunda geração (2G), além de produtos com valor agregado, impulsionando a implementação de uma economia circular. O bagaço de malte é produzido em grandes quantidades pela indústria cervejeira, sendo uma matéria-prima de baixo custo, com disponibilidade independente da sazonalidade, rica em carboidratos estruturais, como glicose e xilose, que por meio de processos tecnológicos pode ser industrializado e reinserido na economia. Sendo assim, o presente trabalho teve como objetivo obter etanol, xilitol e compostos orgânicos voláteis a partir da fermentação de um hidrolisado rico em pentoses proveniente do pré-tratamento ácido do bagaço de malte. Para tal, foram conduzidos uma série de ensaios de hidrólise com ácido oxálico, sendo que o melhor resultado foi obtido com 4,5 % de catalisador e 24 minutos de reação, em autoclave, a 125,6 °C, com solubilização de mais de 99 % da hemicelulose e concentração de 14,9 g/L de xilose na fração liquida. O hidrolisado advindo da etapa de pré-tratamento foi, então, submetido a fermentação por três linhagens de Saccharomyces cerevisiae, sendo uma industrial (PE-2), e duas geneticamente modificadas para permitir a produção de etanol a partir de xilose e aumentar a tolerância a substâncias inibidoras de fermentação (MP-P5 e JDY-01). Os ensaios foram conduzidos através de um delineamento composto central rotacional a fim de avaliar o efeito da temperatura de fermentação e pH do hidrolisado no consumo de carboidratos, formação de xilitol, etanol e compostos orgânicos voláteis pelas três linhagens. Ao final dos experimentos, percebeu-se um efeito inibitório exercido pela quantidade acentuada de ácido oxálico, ou oxalato, sua base conjugada, presente nos hidrolisados (cerca de 45 g/L) proveniente do pré-tratamento. Como resultado, não foi possível constatar acúmulo de xilitol em nenhum ensaio, e o experimento F12 (pH 3,0 e 20 °C), com a linhagem MP-P5, foi o único a apresentar produção de etanol, com 1,76 g/L gerados a partir do consumo de toda a glicose e uma parte da xilose presente no meio. Mesmo assim, foi possível identificar a produção de alguns compostos orgânicos voláteis por parte das leveduras, com destaque para o álcool fenetílico, álcool superior com aroma de rosas e mel que possui propriedades antimicrobianas e antifúngicas, e 4-Hydroxy-2- methylacetophenone, composto fenólico com importantes propriedades antioxidantes, antitumorais, analgésicas e antissépticas, que apareceram de forma contundente nos cromatogramas, com área de pico de, em média, 4 % e 45 %, respectivamente, e com potencial para recuperação. Além disso, o ensaio F26 (pH 9,0 e 40 °C), onde foi utilizada a linhagem JDY-01, apresentou acumulação de ácido linoleico com área de pico correspondente a 44 %, o que possibilitaria sua recuperação. O bagaço de malte, portanto, se mostrou adequado para aproveitamento em biorrefinarias, e, com os processos adequados, pode se tornar peça-chave na implementação de uma economia circular.
Abstract/Resumen: The lignocellulosic biomass of various plants has been studied in recent decades as a renewable matrix for obtaining ecologically sustainable energy sources, such as second-generation ethanol (2G) and value-added products, driving the implementation of a circular economy. Brewer's spent grain (BSG) is produced in large quantities by the brewing industry, is a low-cost raw material, with availability independent of seasonality, rich in structural carbohydrates, such as glucose and xylose, which through technological processes can be industrialized and reinserted into the economy. Thus, the present work aimed to obtain ethanol, xylitol and volatile organic compounds from the fermentation of a hydrolyzate rich in pentoses from the acid pre-treatment of malt bagasse. To this end, a series of hydrolysis tests with oxalic acid were conducted, with the best result being obtained with 4.5% catalyst and 24 minutes of reaction, in an autoclave, at 125.6 °C, with solubilization of more than 99% of hemicellulose and concentration of 14.9 g/L of xylose in the liquid fraction. The hydrolyzate from the pre-treatment step was then subjected to fermentation by three strains of Saccharomyces cerevisiae, one industrial (PE-2), and two genetically modified to allow the production of ethanol from xylose and increase tolerance to fermentation-inhibiting substances (MP-P5 and JDY-01). The analyses were conducted using a rotational central composite design to evaluate the effect of fermentation temperature and pH of the hydrolyzate on carbohydrate intake, xylitol, ethanol and volatile organic compound formation by the three strains. At the end of the experiments, an inhibitory effect exerted by the accentuated amount of oxalic acid, or oxalate, its conjugate base, present in the hydrolysates (about 45 g/L) from the pre-treatment was noticed. As a result, it was not possible to verify the accumulation of xylitol in any test, and the F12 experiment (pH 3.0 and 20 °C), with the MP- P5 strain, was the only one to present ethanol production, with 1.76 g /L generated from the consumption of all the glucose and a part of the xylose present in the medium. Even so, it was possible to identify the production of some volatile organic compounds by the yeasts, with emphasis on phenethyl alcohol, superior alcohol with a rose and honey aroma that has antimicrobial and antifungal properties, and 4-Hydroxy-2-methylacetophenone, a compound phenolic acid with important antioxidant, antitumor, analgesic and antiseptic properties, which strongly appeared in the chromatograms, with a peak area of, on average, 4% and 45%, respectively, and with potential for recovery. In addition, the F26 test (pH 9.0 and 40 °C), where the JDY-01 strain was used, showed an accumulation of linoleic acid with a peak area corresponding to 44%, which would allow its recovery. BSG, therefore, proved to be suitable for use in biorefineries, and with the proper techniques, it can become a vital part of implementing a circular economy.
Palavras-chave: Biomassa
Malte
Bagaços
Fermentação alcoólica
Economia circular
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal da Fronteira Sul
Sigla da Instituição: UFFS
Faculdade, Instituto ou Departamento: Campus Laranjeiras do Sul
Nome do Programa de Pós Graduação : Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://rd.uffs.edu.br/handle/prefix/7609
Data do documento: 2023
Nível: Mestrado
Aparece nas coleções:Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos

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