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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Pretreatment of hydrolysis of lignocellulosic biomass in subcritical water for second generation ethanol production : Pré-tratamento de hidrólise de biomassas lignocelulósicas em água subcrítica para a produção de etanol de segunda geração
Title Alternative: Pré-tratamento de hidrólise de biomassas lignocelulósicas em água subcrítica para a produção de etanol de segunda geração
Author: Oliveira, Tatiane Cristina Gonçalves de
Advisor: Forster-Carneiro, Tânia, 1971-
Abstract: Resumo: A hidrólise em água subcrítica de resíduos de cana-de-açúcar, como palha e bagaço, revelou-se como um pré-tratamento promissor para a produção de etanol de segunda geração (Etanol 2G). O processo é rápido, verde e sustentável, utiliza apenas água como solvente e permite completo uso dos produtos finais, tais como o hidrolisado para produção de biocombustíveis ou produtos químicos, e o sólido residual para produtos carbonáceos. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da hidrólise em água subcrítica como pré-tratamento para a produção de etanol de segunda geração, a partir de resíduos provenientes da indústria sucroalcooleira, a palha e o bagaço da cana-de-açúcar. Os experimentos de hidrólise em água subcrítica do bagaço foram realizados nas condições operacionais a seguir: 200 ° C, 15 MPa, 5 e 10 g de matéria-prima dentro do reator, e 20,0 e 5,0 mL.min–1 de água. Os hidrolisados foram avaliados das seguintes maneiras: (a) produto não concentrado (Experimento 1), (b) produto concentrado, utilizando um rotaevaporador (Experimento 2) e (c) produto concentrado em combinação com hidrólise enzimática (Experimento 3). A fermentação do hidrolisado foi realizada utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae SA-1, de forma isolada e em co-cultura com a Scheffersomyces stipitis NRRLY-7124. A combinação de hidrólise subcrítica e enzimática, para o bagaço, gerou o maior rendimento de açúcares fermentáveis, 3,0 ± 0,3 g.L-1 de xilose e 6,3 ± 0,5 g.L-1 de glicose. A fermentação subsequente com a co-cultura de S. cerevisiae SA-1 e S. stipitis NRRLY-7124 resultou em um melhor rendimento de Etanol 2G de 2,20 ± 0,01 g.L–1. Os experimentos de hidrólise em água subcrítica da palha de cana-de-açúcar foram realizados nas mesmas condições operacionais, com exceção da vazão de 20 mL.min-1 e da massa de 5 g. A hidrólise enzimática foi realizada a partir do coquetel enzimático Cellic CTec 2® e foram utilizadas duas estratégias de fermentação para produção do etanol segunda geração (i) levedura S. cerevisiae SA-1; e (ii) co-cultura de S. cerevisiae SA-1 e S. stipitis NRRLY-7124. A integração dos processos de hidrólise em água subcrítica e enzimática apresentou aumento no rendimento de açúcares fermentescíveis, gerando hidrolisado final com concentrações de 2,4 ± 0,01 g.L-1 de xilose e 8,93 ± 0,60 g.L-1 de glicose. A estratégia de fermentação com a co-cultura de S. cerevisiae SA-1 e S. stipitis NRRLY-7124 mostrou ser mais eficiente, com uma produção de 2,8 ± 0,3 g.L-1 de etanol segunda geração.

Abstract: Subcritical water hydrolysis of sugarcane residues, as straw and bagasse, revealed to be a promising pre-treatment for the production of second generation ethanol (2G ethanol). The process is fast, green and sustainable, uses only water as solvent and allows the whole use of the final products, such as the hydrolyzate for biofuels or chemicals production, and residual solid for carbonaceous products. The objective of this work was to evaluate the effect of subcritical water hydrolysis as a pre-treatment for second generation ethanol production, from residues from the sugar and alcohol industry, straw and sugarcane bagasse. The subcritical water hydrolysis trials with bagasse were carried out at the following operational conditions: 200 ° C, 15 MPa, 5 and 10 g of raw material in the reactor, 20.0 and 5.0 mL.min-1 of water. The hydrolysates were evaluated in the following ways: (a) no concentrated product (Experiment1), (b) concentrated product, using a rotary evaporator (Experiment2) and (c) concentrated product in combination with enzymatic hydrolysis (Experiment 3). The hydrolyzate fermentation was carried out using the yeast Saccharomyces cerevisiae SA-1, in isolation and in co-culture with Scheffersomyces stipitis NRRLY-7124. The combination of subcritical and enzymatic hydrolysis, for the bagasse, generated the highest fermentable sugars yield, 3.0 ± 0.3 g.L-1 f xylose and 6.3 ± 0.5 g.L-1 of glucose. The subsequent fermentation with the co-culture of S. cerevisiae SA-1 and S. stipitis NRRLY-7124 resulted in a better yield of 2G Ethanol, 2.20 ± 0.01 g.L– 1. The subcritical water hydrolysis trials with sugar cane straw were carried out under the same operational conditions, with the exception of the flow rate of 20 mL.min-1 and the mass of 5 g. The enzymatic hydrolysis was carried out from the Cellic CTec 2® enzymatic cocktail and two fermentation strategies were applied to produce second generation ethanol (i) S. cerevisiae SA-1 yeast; and (ii) co-culture of S. cerevisiae SA-1 and S. stipitis NRRLY-7124. The integration of subcritical water and enzymatic hydrolysis processes showed an increase in the fermentable sugars yield, generating a final hydrolyzate with concentrations of 2.4 ± 0.01 gL-1 of xylose and 8.93 ± 0.60 gL-1 of glucose. The fermentation strategy with the co-culture of S. cerevisiae SA-1 and S. stipitis NRRLY-7124 proved to be more efficient, with a production of 2.8 ± 0.3 g.L-1 of second generation ethanol.
Subject: Resíduo lignocelulosico
Fluido supercritico
Fermentação
Biocombustíveis
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: OLIVEIRA, Tatiane Cristina Gonçalves de. Pretreatment of hydrolysis of lignocellulosic biomass in subcritical water for second generation ethanol production : Pré-tratamento de hidrólise de biomassas lignocelulósicas em água subcrítica para a produção de etanol de segunda geração . 2020. 1 recurso online ( 110 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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