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Enhancing enzymatic hydrolysis of coconut husk through Pseudomonas aeruginosa AP 029/GLVIIA rhamnolipid preparation
(Elsevier, 2017-08) Santos, Everaldo Silvino dos; Araújo, Cynthia Kérzia Costa de; Campos, Alan de Oliveira; Padilha, Carlos Eduardo de Araújo; Sousa Júnior, Francisco Canindé de; Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do; Macedo, Gorete Ribeiro de
This work investigated the influence of chemical (Triton X-100) and biological surfactant preparation (rhamnolipids) in coconut husk hydrolysis that was subjected to pretreatment with acid-alkali or alkaline hydrogen peroxide. The natural and pretreated biomass was characterized using the National Renewable Energy Laboratory protocol analysis as well as X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results demonstrated that in terms of the total reducing sugars, there was no significant difference between the hydrolysis using Triton X-100 and rhamnolipids, regardless of the pretreatment. A cellulosic conversion value as high as 33.0% was obtained in experiments with rhamnolipids. The coconut husk was observed to be a potential biomass that could produce second generation ethanol, and the rhamnolipid preparation can be used to support for the enzymatic hydrolysis, enhancing the advantage of cellulose conversion into glucose over chemical surfactants because it is an environmentally friendly approach
Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
(2016-06-29) Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do; Macedo, Gorete Ribeiro de; Oliveira, Jackson Araújo de; ; http://lattes.cnpq.br/5058617634570704; ; http://lattes.cnpq.br/3324083094904117; ; http://lattes.cnpq.br/9261029993364342; Souza, Domingos Fabiano de Santana; ; http://lattes.cnpq.br/7400460833577257; Santos, Everaldo Silvino dos; ; http://lattes.cnpq.br/4330639792072559; Ribeiro, Marcelo Perencin de Arruda; ; http://lattes.cnpq.br/0381402687491195; Vasconcelos, Solange Maria de; ; http://lattes.cnpq.br/0221214430073812
Este trabalho, em uma primeira etapa, investiga a aplicação da espectroscopia no infravermelho próximo para a caracterização qualitativa rápida da fibra da casca de coco verde e avalia o potencial deste material lignocelulósico para a produção de etanol de segunda geração. Em uma segunda etapa, os dados de espectroscopia no infravermelho próximo foram associados a métodos de pré-tratamento matemático de dados diferentes. Métodos de calibração multivariada foram investigados quanto ao seu potencial para o monitoramento em tempo real do processo de hidrólise enzimática da fibra da casca de coco verde. A fibra da casca de coco verde foi submetida a quatro tipos de pré-tratamentos físico-químicos: Pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído (2% p/v), pré-tratamento com ácido fosfórico diluído (0,2% p/v), pré-tratamento alcalino (NaOH 0,5% p/v) e pré-tratamento hidrotérmico. Foram avaliadas as mudanças de morfologia, composição química e de índice de cristalinidade ocasionadas pelos pré-tratamentos físico-químicos utilizados. Também foram investigadas a influência dos pré-tratamentos nos rendimentos da hidrólise enzimática e no rendimento de etanol teórico deste processo. Mudanças nos teores de lignina, hemicelulose e celulose cristalina foram caracterizadas por métodos tradicionais, como MEV, DRX e utilizando um método analítico alternativo, a espectroscopia NIR, onde bons resultados foram obtidos. O pré-tratamento com ácido fosfórico diluído mostrou-se como o mais eficiente quando se visa à produção de bioetanol, resultando em 39,16% de rendimento de hidrólise enzimática e 83,68 L/t de fibra de rendimento de etanol teórico. Os modelos de calibração para o monitoramento foram construídos e otimizados pelo processo de validação cruzada e a capacidade preditiva destes foram analisadas pelo processo de validação externa. Os pré-tratamento matemáticos realizados nos dados espectrais foram a variação padrão normal (Standard normal variate-SNV), correção multiplicativa de luz (Multiplicative scatter correction-MSC) e suavização por media móvel (Smoothing moving average-SMA) associados a 1ª e 2ª derivada de Savitzky-Golay. Os intervalos de calibração para ART, glicose, conversão de celulose e rendimento de etanol teórico foram: 0,12 – 7,87 g.L-1; 0,00 – 5,87 g.L-1; 0,00 – 28,85% e 0,00 – 61,68 L/t de fibra. Os melhores modelos de calibração para quantificação de ART, glicose, conversão de celulose e rendimento de etanol teórico foram obtidos para o pré-tratamento matemático SMA + 2ª derivada apresentando valores de R2 e RMSEP iguais a, 0,98 e 0,1994 g.L-1, para ART; 0,99 e 0,0266g.L-1, para glicose; 0,99 e 0,1839%, para conversão de celulose; 0,99 e 0,2279 L/t para rendimento de etanol teórico. Os modelos de calibração obtidos foram utilizados para o monitoramento de um processo de hidrólise enzimática da fibra da casca de coco verde com a obtenção de resultados satisfatórios para o monitoramento da etapa de hidrólise enzimática do processo de fabricação de etanol de segunda geração.
Monitoramento em tempo real de processos fermentativos por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2012-02-08) Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do; Oliveira, Jackson Araújo de; ; http://lattes.cnpq.br/5058617634570704; ; http://lattes.cnpq.br/9261029993364342; Santos, Everaldo Silvino dos; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4799564Y2; Macedo, Gorete Ribeiro de; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4788057U7; Santos, Alexandre Ferreira;
A realização de otimização e controle de um processo químico está fortemente correlacionada ao quanto de informação é possível se obter dinamicamente do sistema. No caso particular dos processos biotecnológicos, como o agente transformador é um ser vivo, diversas variáveis podem interferir sobre o processo, conduzindo a mudanças no metabolismo dos microorganismos e, consequentemente, afetando a quantidade e qualidade do produto final. Desta forma, monitorar continuamente as variáveis que interferem nos processos biotecnológicos é de fundamental importância para que se possa atuar sobre certas variáveis do sistema, mantendo-o sob controle operacional e em condições desejadas. Em geral, durante um processo de fermentação, a análise de parâmetros importantes, tais como concentração de substrato, produtos e células, é feita de forma off-line, necessitando de amostragens, pré-tratamentos e procedimentos analíticos. Portanto, tais etapas demandam um tempo significativo para execução, além do uso de reagentes químicos com elevado grau de pureza. Com o objetivo de implementar um sistema de monitoramento em tempo real (on-line) para um biorreator em escala laboratorial, o presente trabalho foi realizado em duas etapas: (i) o desenvolvimento de um programa computacional com interface de comunicação entre o biorreator e o computador visando realizar a aquisição e registro de dados das variáveis monitoradas no processo, tais como: pH, temperatura, oxigênio dissolvido, nível de espuma e rotação do agitador, além da entrada de set-points dos parâmetros operacionais da unidade de controle do biorreator; (ii) o desenvolvimento de um método analítico quimiométrico utilizando espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS), visando promover o monitoramento em tempo real da concentração de substrato, produtos e células durante um processo fermentativo para produção de etanol, usando como microrganismo a levedura Saccharomyces cerevisae. Foram realizados três cultivos (F1, F2 e F3) nas mesmas condições de fermentação em biorreator, sendo as mesmas monitoradas utilizando o NIRS e realizando-se amostragem para posterior caracterização analítica. A partir dos dados obtidos, foram feitos testes para calibração e validação das informações obtidas com o NIRS, utilizando-se vários pré-tratamentos com a aplicação ou não de filtros de suavização de ruídos dos espectros. Os resultados mais satisfatórios foram obtidos quando os modelos de calibração foram construídos a partir de amostras reais do meio de cultivo retiradas dos ensaios de fermentação F1, F2 e F3, apresentando correlação linear superiores a 0,97 e reduzidos erros de predição quando comparados aos outros modelos de calibração obtidos. Os resultados mostram que o método analítico baseado no NIRS pode ser utilizado como um método rápido e eficaz para quantificar concentrações de células, substrato e produtos, permitindo a implementação do monitoramento em tempo real e in situ de processos fermentativos
Real time and in situ Near-Infrared spectroscopy (Nirs) for quantitative monitoring of biomass, glucose, ethanol and glycerine concentrations in an alcoholic fermentation
(Brazilian Journal of Chemical Engineering, 2017) Santos, Everaldo Silvino dos; Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do; Macedo, Gorete Ribeiro de; Oliveira, Jackson Araújo de
This study investigates the application of NIR spectroscopy for real-time monitoring of process parameters in alcoholic fermentations. For this purpose, fermentation batches using Saccharomyces cerevisiae were carried out and monitored in situ by an immersed NIRS probe. Samples were collected throughout the fermentations, and concentrations of biomass, glucose, ethanol and glycerin were analyzed by reference methods and multivariate data analyses such as PCA and PLSR. PCA was used to investigate data variability and to select samples for calibration and for external validation sets. A PLSR model for biomass yielded R2 and RMSEP values of 0.99 and 0.276 g.L-1, respectively. For glucose, the carbon source, the PLSR model yielded an R2 of 0.95 and an RMSEP of 7.14 g.L-1. The PLSR model for ethanol was characterized by an R2 of 0.95 and an RMSEP of 0.06 g.L-1. For glycerin, a highly accurate PLSR model with an R2 of 0.98 and an RMSEP of 0.116 g.L-1 was obtained. These results indicate that an in situ NIRS probe is suitable for real-time monitoring of important parameters in alcoholic fermentations

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