Ecological engineering of acidogenic fermentation and microalgae phototrophic coupled processes for cheese whey valorization [recurso eletrônico] : Engenharia ecológica de fermentação acidogênica acoplados a processos fototróficos de microalgas para a valorização do soro de queijo
Maria Paula Giulianetti de Almeida
TESE
Inglês
T/UNICAMP G448e
[Engenharia ecológica de fermentação acidogênica acoplados a processos fototróficos de microalgas para a valorização do soro de queijo]
Campinas, SP : [s.n.], 2023.
1 recurso online (272 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientadores: Gustavo Mockaitis, David Gregory Weissbrodt
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos
Resumo: Esta tese visa demonstrar a eficiência de interações entre bactérias e microalgas em processos conjugados como fermentação acidogênica e processos fototróficos para a valorização do soro de queijo, um co-produto da indústria de laticínios com grande potencial industrial. No Capítulo 2, foi...
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Resumo: Esta tese visa demonstrar a eficiência de interações entre bactérias e microalgas em processos conjugados como fermentação acidogênica e processos fototróficos para a valorização do soro de queijo, um co-produto da indústria de laticínios com grande potencial industrial. No Capítulo 2, foi realizada uma revisão sobre o soro de queijo desde a sua descoberta até sua utilização atual. Os impactos ambientais gerados pelos 66.5 Mm3 ano-1 de soro de queijo não absorvidos pela indústria foram abordados ao enfatizar alternativas para a biorecuperação e valorização do soro de queijo. O principal objetivo deste trabalho foi estudar a eficácia de processos conjugados como fermentação acidogênica e processo fototrófico para a valorização do soro de queijo. O Capítulo 2, explorou os diversos usos do soro de queijo, bem como os impactos ambientais causados pelos 66,5 Mm3 ano-1 de soro de queijo atualmente não absorvidos pela indústria. O capítulo de revisão enfatizou processos de biorecuperação do soro de queijo, como a produção de ácidos graxos voláteis (AVGs) de cadeia curta e média através da fermentação acidogênica, seguida pela produção de biomassa fotoorganoheterotrófica de microalgas com recuperação de nitrogênio e fósforo. A partir de um modelo de biorefinaria de ciclo fechado, a biomassa das microalgas pode ser processada em produtos de valor agregado de interesse industrial valorizando o soro de queijo. Para isso, as partes interessadas como por exemplo, o setor lácteo, governo, academia e setores privados devem ser reunidas para forjar parcerias, reduzir as lacunas de conhecimento e tecnologia entre países, oferecer subsídios e implementar legislação para valorizar o soro de queijo, preservando ao mesmo tempo, o meio ambiente. O Capítulo 3 visou a implementação da fermentação acidogênica do soro de queijo para a produção de AGVs. Os pré-tratamentos alcalino e térmico do inóculo combinados com ensaios de headspace pressurizado e não pressurizado foram realizados em batelada com o objetivo de interromper a metanogênese e melhorar a produção de AGVs. Em geral, o pré-tratamento térmico combinado com headspace não pressurizado e uma relação F/M de 0,5 gCOD gVS-1 levou a uma maior produção de AGVs. Além disso, o pré-tratamento térmico suspendeu a metanogênese. No Capítulo 4, observou-se o crescimento fotolitoautotrófico de microalgas de aproximadamente 650 mg SSV L-1. Como demonstrado no Capítulo 3, o acetato foi o AGV mais produzido durante a fermentação acidogênica do soro de queijo. Este AGV, provou ser a melhor fonte de carbono orgânico para o cultivo mixotrófico de microalgas com um rendimento de 1,15 mg SSV mg C-1 (i.e., carbono) em condições anaeróbias sendo sua absorção considerada através do ciclo de glioxilato. O aumento de escala em um reator quimiostato usando acetato como fonte de carbono orgânico e com uma taxa de diluição de 0,17 d-1 foi bem-sucedido, evitando a lavagem (washout) das microalgas fotoorganoheterotroficas. Estas descobertas corroboraram a proposta do Capítulo 2 de fermentação acidogênica e processos fototróficos para a valorização do soro de queijo. Um modelo matemático foi proposto no Capítulo 5 para prever o crescimento da biomassa microalgal e a produção de lipídios sob diferentes regimes tróficos. O modelo levou em conta parâmetros como intensidade e disponibilidade de luz, e disponibilidade de nutrientes. O Capítulo 6, abordou as conclusões deste trabalho, assim como suas contribuições e limitações. Uma perspectiva para trabalhos futuros foi sugerida
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Abstract: The effectiveness of microalgal-bacterial coupling via acidogenic fermentation and phototrophic process for valorizing cheese whey was the main goal of this work. Chapter 2, explored the various uses of cheese whey as well as the environmental impacts caused by the 66.5 Mm3 year-1 of...
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Abstract: The effectiveness of microalgal-bacterial coupling via acidogenic fermentation and phototrophic process for valorizing cheese whey was the main goal of this work. Chapter 2, explored the various uses of cheese whey as well as the environmental impacts caused by the 66.5 Mm3 year-1 of cheese whey currently not absorbed by the industry. The review emphasized biorecovery processes such as the production of short and mid-chain volatile fatty acids (VFAs) through the acidogenic fermentation of cheese whey followed by the photoorganoheterotrophic microalgae biomass production with nitrogen and phosphorus recovery as a closed-loop alternative to valorizing cheese whey. Microalgae biomass can be processed into added-value products of industrial interest. For that, stakeholders (e.g., the dairy sector, government, academia, and private sectors) should be brought together to forge partnerships, reduce the knowledge and technology gaps among countries, offer subsidies, and implement legislation implementation to valorize cheese whey while preserving the environment. Chapter 3 aims at the implementation of cheese whey acidogenic fermentation for VFAs production. Inoculum alkaline and thermal pre-treatments, combined with pressurized and non-pressurized headspace assays were performed in batches to halt methanogenesis and enhance VFAs production. Overall, thermal pre-treatment combined with non-pressurized headspace and an F/M ratio of 0.5 gCOD gVS-1 led to higher VFAs production. Additionally, thermal pre-treatment efficiently halted methanogenesis. In Chapter 4, photolitoautotrophic microalgal mixed-culture growth was successful presenting a biomass concentration of about 650 mg VSS L-1. Acetate, the VFA most produced in cheese whey acidogenic fermentation as demonstrated in Chapter 3, proved to be the best organic carbon source for microalgae mixed-culture growth with a yield of 1.15 mg VSS mg C-1 (i.e., carbon) in anaerobic conditions with its uptake thought to be via glyoxylate cycle. The scale-up in a chemostat reactor using acetate as an organic carbon source was successful with a dilution rate of 0.17 d-1 avoiding the wash-out of photoorganoheterotrophic microalgae. These findings corroborated Chapter 1 proposal of acidogenic fermentation and phototrophic processes for the valorization of cheese whey. A mathematical model was proposed in Chapter 5 to predict microalgal biomass growth and lipid production under different trophic regimes. The model considered parameters such as light intensity and availability, and nutrients’ availability. The final chapter of this thesis, Chapter 6, addresses the conclusions of this work, as well as its contributions and limitations. An outlook with perspectives for future work is then given
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Mockaitis, Gustavo, 1979-
Orientador
Weissbrodt, David Gregory
Avaliador
Goldbeck, Rosana, 1982-
Avaliador
Silva, Ariovaldo José da, 1966-
Avaliador
Guiot, Serge Roger
Avaliador
Ecological engineering of acidogenic fermentation and microalgae phototrophic coupled processes for cheese whey valorization [recurso eletrônico] : Engenharia ecológica de fermentação acidogênica acoplados a processos fototróficos de microalgas para a valorização do soro de queijo
Maria Paula Giulianetti de Almeida
Ecological engineering of acidogenic fermentation and microalgae phototrophic coupled processes for cheese whey valorization [recurso eletrônico] : Engenharia ecológica de fermentação acidogênica acoplados a processos fototróficos de microalgas para a valorização do soro de queijo
Maria Paula Giulianetti de Almeida