Valorização da fibra de coco verde para produção de lignosulfonato aplicado à produção de etanol de segunda geração
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54706 |
Resumo: | In order to reduce the environmental impacts generated by the inappropriate disposal of agroindustrial waste, their reuse promotes a more attentive look at second-generation ethanol, in addition to the use of lignin for the production of value-added products. The present study evaluated ethanol and lignosulfonate (LS) productions, from green coconut fiber. The sugar production in enzymatic hydrolysis was studied by varying the biomass concentration (5, 10 and 15%) and the enzymatic load (10, 15 and 20 FPU/g), after pre-treatments with sodium hydroxide (test HS) and combined (steam explosion followed by treatment with sodium hydroxide) (test EVHS). Then, the ethanolic production was evaluated for both tests, varying the solids load and in simultaneous (SSF) and semi-simultaneous (SSSF) saccharification and fermentation strategies. The lignosulfonate produced from a lignin sulfomethylation was added in the biomass enzymatic hydrolysis, in order to evaluate its effect on the sugars yield. In the enzymatic hydrolysis, the increase in the solid load showed a significant increase in the glucose concentration obtained for both tests. However, the variation in the enzymatic load was not statistically significant. Only for test EVHS, at 15% solids, with 15 FPU/g (>34 g/L) and 20 FPU/g (>31 g/L). Furthermore, lignosulfonate is efficient in reducing the nonproductive adsorption of lignin on the enzyme when added in the hydrolysis process. In fermentation, the change in fermentation strategy and the variation in enzymatic load did not indicate a significant variation in ethanol production for test HS. In turn, for test EVHS, the significant increase in enzymatic load increased the ethanol produced concentration. In addition, changing the strategy from SSF (at 20 FPU/g) to SSSF (at 15 FPU/g) showed an increase equivalent to 40% in the ethanol obtained concentration, while reducing about 25% of used enzyme. Regarding lignosulfonates, FTIR analyzes corroborate the efficiency of sulfomethylation process for sulfonation of the aromatic groups of lignin. As for its addition in enzymatic hydrolysis, for a concentration of 0.5 g/L (1% m/m of biomass), it showed a 30% increase in cellulosic conversion. Therefore, the results indicate that increasing the amount of solids in enzymatic hydrolysis increases cellulosic conversion, but increasing the enzymatic load is not always necessary. In addition, it was verified that the change in the fermentation strategy, in some cases, allows the reduction of the amount of cormaceous enzyme used, even increasing the production of ethanol in the process. |
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Valorização da fibra de coco verde para produção de lignosulfonato aplicado à produção de etanol de segunda geraçãoBiomassa lignocelulósicaLignosulfonatoLigninaHidrólise enzimáticaEtanolCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAIn order to reduce the environmental impacts generated by the inappropriate disposal of agroindustrial waste, their reuse promotes a more attentive look at second-generation ethanol, in addition to the use of lignin for the production of value-added products. The present study evaluated ethanol and lignosulfonate (LS) productions, from green coconut fiber. The sugar production in enzymatic hydrolysis was studied by varying the biomass concentration (5, 10 and 15%) and the enzymatic load (10, 15 and 20 FPU/g), after pre-treatments with sodium hydroxide (test HS) and combined (steam explosion followed by treatment with sodium hydroxide) (test EVHS). Then, the ethanolic production was evaluated for both tests, varying the solids load and in simultaneous (SSF) and semi-simultaneous (SSSF) saccharification and fermentation strategies. The lignosulfonate produced from a lignin sulfomethylation was added in the biomass enzymatic hydrolysis, in order to evaluate its effect on the sugars yield. In the enzymatic hydrolysis, the increase in the solid load showed a significant increase in the glucose concentration obtained for both tests. However, the variation in the enzymatic load was not statistically significant. Only for test EVHS, at 15% solids, with 15 FPU/g (>34 g/L) and 20 FPU/g (>31 g/L). Furthermore, lignosulfonate is efficient in reducing the nonproductive adsorption of lignin on the enzyme when added in the hydrolysis process. In fermentation, the change in fermentation strategy and the variation in enzymatic load did not indicate a significant variation in ethanol production for test HS. In turn, for test EVHS, the significant increase in enzymatic load increased the ethanol produced concentration. In addition, changing the strategy from SSF (at 20 FPU/g) to SSSF (at 15 FPU/g) showed an increase equivalent to 40% in the ethanol obtained concentration, while reducing about 25% of used enzyme. Regarding lignosulfonates, FTIR analyzes corroborate the efficiency of sulfomethylation process for sulfonation of the aromatic groups of lignin. As for its addition in enzymatic hydrolysis, for a concentration of 0.5 g/L (1% m/m of biomass), it showed a 30% increase in cellulosic conversion. Therefore, the results indicate that increasing the amount of solids in enzymatic hydrolysis increases cellulosic conversion, but increasing the enzymatic load is not always necessary. In addition, it was verified that the change in the fermentation strategy, in some cases, allows the reduction of the amount of cormaceous enzyme used, even increasing the production of ethanol in the process.A fim de reduzir os impactos ambientais gerados pelo descarte inadequado de resíduos agroindustriais, a busca por reaproveitá-los promove um olhar mais atencioso para o etanol de segunda geração, além do aproveitamento da lignina para produção de produtos de valor agregado. O presente estudo avaliou tanto a produção de etanol como do surfactante lignosulfonato (LS), um produto de valor agregado obtido a partir do reaproveitamento da lignina extraída, utilizando como matéria prima a fibra de coco verde. Assim, foi estudada a produção de açúcares a partir da hidrólise enzimática variando-se a concentração de biomassa (5,0, 10,0 e 15,0 %) e a carga de enzimas (10,0, 15,0 e 20,0 FPU/g), após os pré-tratamentos com hidróxido de sódio (ensaio HS) e combinado (explosão a vapor seguido do tratamento com hidróxido de sódio) (ensaio EVHS). Em seguida, foi avaliada a produção etanólica para ambos os ensaios, variando-se a carga de sólidos e de enzimas, além das estratégias de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) e semi-simultâneas (SSSF). No presente estudo, o lignosulfonato produzido a partir de uma sulfometilação da lignina foi adicionado na hidrólise enzimática da biomassa, a fim de se avaliar o seu efeito no rendimento de açúcares. Na hidrólise enzimática, o aumento da carga de sólidos demonstrou um aumento significativo na concentração de glicose obtida para ambos os ensaios, porém, a variação da carga enzimática não foi estatisticamente significativa, exceto para o ensaio EVHS, a 15% de sólidos, com 15 FPU/g (>34 g/L) e 20 FPU/g (>31 g/L). Ademais, o lignosulfonato é eficiente na redução da adsorção não-produtiva da lignina na enzima, quando adicionado ao processo de hidrólise. Na fermentação, a mudança na estratégia fermentativa e a variação da carga enzimática não indicou variação significativa na produção de etanol para o ensaio HS. Por sua vez, para o ensaio EVHS, o aumento da carga enzimática aumentou de maneira significativa a concentração de etanol produzida. Além disso, a mudança de estratégia de SSF (a 20,0 FPU/g) para SSSF (a 15,0 FPU/g) demonstrou um aumento em torno de 40% na concentração de etanol obtida, enquanto reduziu cerca de 25% de enzima utilizada. Em relação aos lignosulfonatos, as análises de FTIR corroboraram a eficiência do processo de sulfometilação para sulfonação dos grupos aromáticos da lignina. Sua adição na hidrólise enzimática, para uma concentração de 0,5 g/L (1% m/m de biomassa), resultou em um aumento de 30% na conversão celulósica. Portanto, os resultados indicam que o aumento da quantidade de sólidos na hidrólise enzimática aumenta a conversão celulósica, mas nem sempre o aumento da carga enzimática se faz necessário. Além disso, verificou-se que a mudança de estratégia fermentativa, em alguns casos, permite a redução da quantidade de enzima comercial usada, ainda aumentando a produção de etanol no processo.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICASantos, Everaldo Silvino doshttps://orcid.org/0000-0003-2130-0646http://lattes.cnpq.br/8305092333443454https://orcid.org/0000-0001-7384-1140http://lattes.cnpq.br/4330639792072559Padilha, Carlos Eduardo de Araújohttps://orcid.org/0000-0002-9532-3026http://lattes.cnpq.br/1186888955341616Rios, Nathalia SaraivaSouza Filho, Pedro Ferreira deAraújo, Beatriz Meneghetti Costa de2023-09-05T22:35:34Z2023-09-05T22:35:34Z2023-08-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfARAÚJO, Beatriz Meneghetti Costa de. Valorização da fibra de coco verde para produção de lignosulfonato aplicado à produção de etanol de segunda geração. Orientador: Everaldo Silvino dos Santos. 2023. 98f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54706info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2023-09-05T22:36:09Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/54706Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2023-09-05T22:36:09Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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In order to reduce the environmental impacts generated by the inappropriate disposal of agroindustrial waste, their reuse promotes a more attentive look at second-generation ethanol, in addition to the use of lignin for the production of value-added products. The present study evaluated ethanol and lignosulfonate (LS) productions, from green coconut fiber. The sugar production in enzymatic hydrolysis was studied by varying the biomass concentration (5, 10 and 15%) and the enzymatic load (10, 15 and 20 FPU/g), after pre-treatments with sodium hydroxide (test HS) and combined (steam explosion followed by treatment with sodium hydroxide) (test EVHS). Then, the ethanolic production was evaluated for both tests, varying the solids load and in simultaneous (SSF) and semi-simultaneous (SSSF) saccharification and fermentation strategies. The lignosulfonate produced from a lignin sulfomethylation was added in the biomass enzymatic hydrolysis, in order to evaluate its effect on the sugars yield. In the enzymatic hydrolysis, the increase in the solid load showed a significant increase in the glucose concentration obtained for both tests. However, the variation in the enzymatic load was not statistically significant. Only for test EVHS, at 15% solids, with 15 FPU/g (>34 g/L) and 20 FPU/g (>31 g/L). Furthermore, lignosulfonate is efficient in reducing the nonproductive adsorption of lignin on the enzyme when added in the hydrolysis process. In fermentation, the change in fermentation strategy and the variation in enzymatic load did not indicate a significant variation in ethanol production for test HS. In turn, for test EVHS, the significant increase in enzymatic load increased the ethanol produced concentration. In addition, changing the strategy from SSF (at 20 FPU/g) to SSSF (at 15 FPU/g) showed an increase equivalent to 40% in the ethanol obtained concentration, while reducing about 25% of used enzyme. Regarding lignosulfonates, FTIR analyzes corroborate the efficiency of sulfomethylation process for sulfonation of the aromatic groups of lignin. As for its addition in enzymatic hydrolysis, for a concentration of 0.5 g/L (1% m/m of biomass), it showed a 30% increase in cellulosic conversion. Therefore, the results indicate that increasing the amount of solids in enzymatic hydrolysis increases cellulosic conversion, but increasing the enzymatic load is not always necessary. In addition, it was verified that the change in the fermentation strategy, in some cases, allows the reduction of the amount of cormaceous enzyme used, even increasing the production of ethanol in the process. |
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