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Title: Influência do Tween 80 no pré-tratamento por explosão a vapor e alcalino, hidrólise enzimática e fermentação para produção de etanol a partir da fibra de coco verde
Other Titles: Influence of Tween 80 on steam explosion and alkaline pretreatment, enzymatic hydrolysis, and fermentation for ethanol production from green coconut fiber
Authors: Ribeiro, Vitor Troccoli
Advisor: Santos, Everaldo Silvino dos
Keywords: Explosão a vapor;Bioetanol;Coco verde;Tween 80;SSF;SSSF
Issue Date: 9-Dec-2022
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: RIBEIRO, Vitor Troccoli. Influência do Tween 80 no pré-tratamento por explosão a vapor e alcalino, hidrólise enzimática e fermentação para produção de etanol a partir da fibra de coco verde. Orientador: Everaldo Silvino dos Santos. 2022. 139f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
Portuguese Abstract: A fibra de coco verde tem sido apontada como uma alternativa interessante para produção de bioetanol, pois o Brasil é um dos maiores produtores globais do fruto e seu descarte, geralmente inadequado, provoca problemas ambientais. Os pré-tratamentos são necessários para remover compostos que protegem a celulose do ataque enzimático, aumentando a eficiência da hidrólise enzimática. A adição de surfactantes não-iônicos no processo de produção de bioetanol vem sendo estudada como estratégia para aumentar a sua produção e rendimento. Dentre esses, o Tween 80 destaca-se por ter um custo menor que outros aditivos. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a produção de etanol a partir da fibra de coco verde usando um pré-tratamento combinado por explosão a vapor e alcalino, comparando as estratégias de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) e semi-simultâneas (SSSF). A incorporação de Tween 80 nas etapas de pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação também foi investigada. Inicialmente, avaliou-se a influência dos parâmetros temperatura e umidade no pré-tratamento por explosão a vapor sobre a produção de glicose por hidrólise enzimática. O uso do surfactante não influenciou a deslignificação no pré-tratamento de explosão a vapor, porém aumentou a conversão em glicose quando comparado aos experimentos sem Tween 80. O uso do surfactante na hidrólise enzimática aumentou a produção de glicose, chegando a um valor máximo de 20,31 ± 0,48 g/L com a biomassa pré-tratada combinada e 1,0% (m/v) de Tween 80. Na ausência do surfactante em quaisquer etapas, a estratégia SSSF se destacou sobre a SSF. A SSSF foi a estratégia que apresentou o maior rendimento e produção de etanol e a cepa que favoreceu a melhor produção foi a Saccharomyces cerevisiae PE2. Diferentes efeitos do Tween 80 foram observados durante a fermentação. O uso de 2,0% (m/v) de Tween 80 reduziu a viabilidade celular bem como reduziu a produção de etanol em meio simulado, na SSF e na SSSF. Por outro lado, o uso de 1,0% (m/v) de Tween 80 aumentou a produção média de etanol, embora não o suficiente para ser estatisticamente significativo. Para aumentar a produção de etanol sob 30% (m/v) de carga de sólidos, variações da SSSF foram realizadas, incluindo adição em batelada de biomassa, adição em batelada de enzimas e variação de temperatura a cada 6 h. A SSSF com alimentação em batelada não-isotérmica e adição gradual de enzimas se destacou, chegando a um máximo de etanol produzido de 48,21 ± 1,13 g/L na presença de 1,0% (m/v) Tween 80. Portanto, os resultados indicam que o uso do pré-tratamento combinado gerou uma biomassa com alto teor celulósico que tem grande potencial na produção de etanol quando estratégias de fermentação com Tween 80 foram avaliadas.
Abstract: The green coconut fiber has been pointed out as an interesting alternative for the production of bioethanol, as Brazil is one of the largest global producers of the fruit and its disposal, generally inadequate, causes environmental problems. Pretreatments are necessary to remove compounds that protect cellulose from enzymatic attack, increasing the efficiency of enzymatic hydrolysis. The addition of non-ionic surfactants in the bioethanol production process has been studied as a strategy to increase its production and yield. Among these, Tween 80 stands out because it has a lower cost than other additives. Thus, the aim of this study was to evaluate the ethanol production from green coconut fiber using a combined steam explosion and alkaline pretreatment, comparing the simultaneous saccharification and fermentation (SSF) and semisimultaneous saccharification and fermentation (SSSF) strategies. The use of Tween 80 in the pretreatment, enzymatic hydrolysis, and fermentation steps was also investigated. Initially, the influence of the temperature and humidity parameters in the steam explosion pretreatment were evaluated on the production of glucose by enzymatic hydrolysis. The use of surfactant did not influence delignification in the steam explosion pretreatment, however it increased the conversion to glucose when compared to experiments without Tween 80. The use of surfactant in enzymatic hydrolysis increased glucose production, reaching a maximum value of 20.31 ± 0.48 g/L with combined pretreated biomass and 1.0% (w/v) Tween 80. In the absence of surfactant in any steps, the SSSF strategy stood out over the SSF. SSSF strategy showed the highest yield and ethanol production and the strain that favored the best production was Saccharomyces cerevisiae PE2. Different effects of Tween 80 were observed during fermentation. The use of 2.0% (w/v) Tween 80 reduced cell viability as well as reduced ethanol production in simulated medium, in SSF and SSSF. On the other hand, the use of 1.0% (w/v) Tween 80 increased the average ethanol production, although not enough to be statistically significant. To increase ethanol production under 30% (w/v) solids loading, SSSF variations were performed, including batch addition of biomass, batch addition of enzymes and temperature variation every 6 h. SSSF with non-isothermal batch feeding and gradual addition of enzymes stood out, reaching a maximum ethanol produced of 48.21 ± 1.13 g/L in the presence of 1.0% (w/v) Tween 80. Therefore, the results indicate that the use of the combined pretreatment generated a biomass with high cellulosic content that has a great potential for ethanol production when fermentation strategies with Tween 80 were evaluated.
URI: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/51951
Appears in Collections:PPGEQ - Doutorado em Engenharia Química

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