Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21611
Resumo: This study investigates the application of near infrared spectroscopy for rapid qualitative characterization of coconut husk fiber and evaluates the potential of this lignocellulosic material for producing second-generation ethanol. The near infrared spectroscopy associated with methods of data mathematical pretreatment and multivariate calibration methods have been used to their potential for real time monitoring of coconut husk fiber enzymatic hydrolysis process. The coconut husk was subjected to four types of physico-chemical pretreatments: Pretreatment with dilute sulfuric acid (2% w/v), pretreatment with dilute phosphoric acid (0.2% w/v), alkaline pretreatment (NaOH 0.5% w/v) and hydrothermal pretreatment. Morphological changes, chemical composition and crystallinity index variations caused by the physical-chemical pretreatments were evaluated. Also, the influence of pretreatments in enzymatic hydrolysis yield and the theoretical ethanol yield was investigated. The changes in lignin, hemicellulose and crystalline cellulose were characterized by traditional methods such as SEM and XRD as well as using an alternative analytical method such as NIR spectroscopy showing good results. Pretreatment with dilute phosphoric acid proved to be more efficient aiming the production of bioethanol, resulting in aproximately 39.16% of enzymatic hydrolysis yield and 83.68 L/t of theoretical ethanol yield. The monitoring calibration models were built and optimized with the cross-validation process and the models predictive ability were analyzed by the external validation. The mathematical pretreatments performed on spectral data were Standard normal variation (SNV), Multiplicative scatter correction (MSC) and Smoothing moving average (SMA) coupled with 1st and 2nd derivative of Savitzky-Golay. The calibration intervals for ART, glucose, cellulose conversion and theoretical ethanol yield were: 0.12 – 7.87 g.L-1; 0.00 – 5.87 g.L-1; 0.00 – 28.85% and 0,00 – 61,68 L/t of fiber. The best calibration models for quantification of ART, glucose, cellulose conversion and the theoretical ethanol yield were obtained for the mathematical pretreatment SMA + 2nd derivative having R2 and RMSEP values equal to, 0.98 and 0.1994 g.L-1, for ART; 0.99 and 0,0266 g.L-1 for glucose; 0.99 and 0.1839% for cellulose conversion; 0.99 and 0.2279 L/t of theoretical ethanol yield. The obtained calibration models were used for monitoring an enzymatic hydrolysis process of coconut husk with satisfactory results.
id UFRN_4e28d99ab51d8bddc6d3f5b15f3480a9
oai_identifier_str oai:repositorio.ufrn.br:123456789/21611
network_acronym_str UFRN
network_name_str Repositório Institucional da UFRN
repository_id_str
spelling Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)Real time monitoring of enzymatic hydrolysis of coconut husk by near-infrared spectroscopy (NIRS)MonitoramentoNIRSHidrólise enzimáticaEtanol de 2ª geraçãoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAThis study investigates the application of near infrared spectroscopy for rapid qualitative characterization of coconut husk fiber and evaluates the potential of this lignocellulosic material for producing second-generation ethanol. The near infrared spectroscopy associated with methods of data mathematical pretreatment and multivariate calibration methods have been used to their potential for real time monitoring of coconut husk fiber enzymatic hydrolysis process. The coconut husk was subjected to four types of physico-chemical pretreatments: Pretreatment with dilute sulfuric acid (2% w/v), pretreatment with dilute phosphoric acid (0.2% w/v), alkaline pretreatment (NaOH 0.5% w/v) and hydrothermal pretreatment. Morphological changes, chemical composition and crystallinity index variations caused by the physical-chemical pretreatments were evaluated. Also, the influence of pretreatments in enzymatic hydrolysis yield and the theoretical ethanol yield was investigated. The changes in lignin, hemicellulose and crystalline cellulose were characterized by traditional methods such as SEM and XRD as well as using an alternative analytical method such as NIR spectroscopy showing good results. Pretreatment with dilute phosphoric acid proved to be more efficient aiming the production of bioethanol, resulting in aproximately 39.16% of enzymatic hydrolysis yield and 83.68 L/t of theoretical ethanol yield. The monitoring calibration models were built and optimized with the cross-validation process and the models predictive ability were analyzed by the external validation. The mathematical pretreatments performed on spectral data were Standard normal variation (SNV), Multiplicative scatter correction (MSC) and Smoothing moving average (SMA) coupled with 1st and 2nd derivative of Savitzky-Golay. The calibration intervals for ART, glucose, cellulose conversion and theoretical ethanol yield were: 0.12 – 7.87 g.L-1; 0.00 – 5.87 g.L-1; 0.00 – 28.85% and 0,00 – 61,68 L/t of fiber. The best calibration models for quantification of ART, glucose, cellulose conversion and the theoretical ethanol yield were obtained for the mathematical pretreatment SMA + 2nd derivative having R2 and RMSEP values equal to, 0.98 and 0.1994 g.L-1, for ART; 0.99 and 0,0266 g.L-1 for glucose; 0.99 and 0.1839% for cellulose conversion; 0.99 and 0.2279 L/t of theoretical ethanol yield. The obtained calibration models were used for monitoring an enzymatic hydrolysis process of coconut husk with satisfactory results.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)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.BrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAMacedo, Gorete Ribeiro dehttp://lattes.cnpq.br/9261029993364342http://lattes.cnpq.br/3324083094904117Oliveira, Jackson Araújo dehttp://lattes.cnpq.br/5058617634570704Souza, Domingos Fabiano de Santanahttp://lattes.cnpq.br/7400460833577257Santos, Everaldo Silvino doshttp://lattes.cnpq.br/4330639792072559Ribeiro, Marcelo Perencin de Arrudahttp://lattes.cnpq.br/0381402687491195Vasconcelos, Solange Maria dehttp://lattes.cnpq.br/0221214430073812Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do2017-01-11T13:40:12Z2017-01-11T13:40:12Z2016-06-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfNASCIMENTO, Ruthinéia Jéssica Alves do. Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS). 2016. 135f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21611porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2017-11-03T15:41:33Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/21611Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2017-11-03T15:41:33Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
dc.title.none.fl_str_mv Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
Real time monitoring of enzymatic hydrolysis of coconut husk by near-infrared spectroscopy (NIRS)
title Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
spellingShingle Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do
Monitoramento
NIRS
Hidrólise enzimática
Etanol de 2ª geração
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
title_short Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
title_full Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
title_fullStr Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
title_full_unstemmed Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
title_sort Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS)
author Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do
author_facet Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Macedo, Gorete Ribeiro de

http://lattes.cnpq.br/9261029993364342

http://lattes.cnpq.br/3324083094904117
Oliveira, Jackson Araújo de

http://lattes.cnpq.br/5058617634570704
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
dc.contributor.author.fl_str_mv Nascimento, Ruthinéia Jéssica Alves do
dc.subject.por.fl_str_mv Monitoramento
NIRS
Hidrólise enzimática
Etanol de 2ª geração
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
topic Monitoramento
NIRS
Hidrólise enzimática
Etanol de 2ª geração
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
description This study investigates the application of near infrared spectroscopy for rapid qualitative characterization of coconut husk fiber and evaluates the potential of this lignocellulosic material for producing second-generation ethanol. The near infrared spectroscopy associated with methods of data mathematical pretreatment and multivariate calibration methods have been used to their potential for real time monitoring of coconut husk fiber enzymatic hydrolysis process. The coconut husk was subjected to four types of physico-chemical pretreatments: Pretreatment with dilute sulfuric acid (2% w/v), pretreatment with dilute phosphoric acid (0.2% w/v), alkaline pretreatment (NaOH 0.5% w/v) and hydrothermal pretreatment. Morphological changes, chemical composition and crystallinity index variations caused by the physical-chemical pretreatments were evaluated. Also, the influence of pretreatments in enzymatic hydrolysis yield and the theoretical ethanol yield was investigated. The changes in lignin, hemicellulose and crystalline cellulose were characterized by traditional methods such as SEM and XRD as well as using an alternative analytical method such as NIR spectroscopy showing good results. Pretreatment with dilute phosphoric acid proved to be more efficient aiming the production of bioethanol, resulting in aproximately 39.16% of enzymatic hydrolysis yield and 83.68 L/t of theoretical ethanol yield. The monitoring calibration models were built and optimized with the cross-validation process and the models predictive ability were analyzed by the external validation. The mathematical pretreatments performed on spectral data were Standard normal variation (SNV), Multiplicative scatter correction (MSC) and Smoothing moving average (SMA) coupled with 1st and 2nd derivative of Savitzky-Golay. The calibration intervals for ART, glucose, cellulose conversion and theoretical ethanol yield were: 0.12 – 7.87 g.L-1; 0.00 – 5.87 g.L-1; 0.00 – 28.85% and 0,00 – 61,68 L/t of fiber. The best calibration models for quantification of ART, glucose, cellulose conversion and the theoretical ethanol yield were obtained for the mathematical pretreatment SMA + 2nd derivative having R2 and RMSEP values equal to, 0.98 and 0.1994 g.L-1, for ART; 0.99 and 0,0266 g.L-1 for glucose; 0.99 and 0.1839% for cellulose conversion; 0.99 and 0.2279 L/t of theoretical ethanol yield. The obtained calibration models were used for monitoring an enzymatic hydrolysis process of coconut husk with satisfactory results.
publishDate 2016
dc.date.none.fl_str_mv 2016-06-29
2017-01-11T13:40:12Z
2017-01-11T13:40:12Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv NASCIMENTO, Ruthinéia Jéssica Alves do. Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS). 2016. 135f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21611
identifier_str_mv NASCIMENTO, Ruthinéia Jéssica Alves do. Monitoramento em tempo real da hidrólise enzimática do bagaço da casca de coco verde por espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS). 2016. 135f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
url https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21611
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
publisher.none.fl_str_mv Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRN
instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
instname_str Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron_str UFRN
institution UFRN
reponame_str Repositório Institucional da UFRN
collection Repositório Institucional da UFRN
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@bczm.ufrn.br
_version_ 1855758801881268224