Hidrólise subcrítica de biomassas residuais de nogueira-pecã: caracterizações físico-química, morfológica e obtenção de açúcares redutores

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Santos, Maicon Sérgio Nascimento dos
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300000b185
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Agrícola
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Centro de Ciências Rurais
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: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22927
Resumo: In this study, different pecan biomasses, such as husks, leaves, stalks and shells were submitted to hydrolysis by subcritical water (SWH), which resulted in a hydrolyzed solution rich in reducing sugars. The assays were carried out in a multipurpose unit located at the Laboratory of Agroindustrial Processes Engineering (LAPE) and belonging to the Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Campus Cachoeira do Sul. This unit contains a 50 mL hydrolysis reactor heated by thermal resistance, sensors and controllers of temperature, flow and pressure, once different conditions were considered for this study. For the assays, the variables temperature (180, 220 and 260 ºC), water/ solids mass ratio (R) (15 and 30 g water/ g initial biomass, corresponding to the flow rates of 20 and 40 mL/min, respectively) and reaction time (0.5 to 15 minutes) were considered. The pressure used was 30 MPa. Several responses were analyzed, such as yields of reducing sugars by UV spectrophotometry, sugar contents and inhibitors by high performance liquid chromatography (HPLC), and morphological characterization of the different biomasses by scanning electronic microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and thermogravimetric analysis (TGA). Regarding the pecan husks biomass, the results showed the highest yield of 26.5 g/ 100 g biomass in 220 ºC and R of 15 g water/ g biomass (220 ºC and R - 15, referring to the flow rate of 20 mL/min). For leaves and stalks, the highest yield, 26.3 g/ 100 g biomass, was found in the conditions of 260 ºC and R of 15 g water/ g biomass (260 ºC and R - 15, flow rate of 20 mL/min). For shells, the highest yield of 27.1 g/ 100 g biomass was found in 220 ºC and R of 15 g water/ g biomass (220 ºC and R - 15, flow rate of 20 mL/min). The analysis of HPLC hydrolysed solutions showed the presence of arabinose, cellobiose, glucose and xylose, as well as furfural and hydroxymethylfurfural. SEM analysis showed the rupture of the structure of fresh materials and the increase of superficial microstructures in the biomass. According to the TGA analysis, mass changes in the residues were observed different thermal conditions. Finally, FT-IR analysis expressed the identification of different components of the biomasses, comprehending the contents of cellulose, hemicelluloses and lignin.
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spelling Hidrólise subcrítica de biomassas residuais de nogueira-pecã: caracterizações físico-química, morfológica e obtenção de açúcares redutoresSubcritical hydrolysis of pecan residual biomasses: physicochemical, morphological characterizations and obtaining reducing sugarsNoz-pecãHidróliseAçúcares redutoresBiomassas agrícolasResíduos agroindustriaisTecnologia subcríticaPecan nutHydrolysisReducing sugarsAgricultural biomassesAgroindustrial residuesSubcritical technologyCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLAIn this study, different pecan biomasses, such as husks, leaves, stalks and shells were submitted to hydrolysis by subcritical water (SWH), which resulted in a hydrolyzed solution rich in reducing sugars. The assays were carried out in a multipurpose unit located at the Laboratory of Agroindustrial Processes Engineering (LAPE) and belonging to the Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Campus Cachoeira do Sul. This unit contains a 50 mL hydrolysis reactor heated by thermal resistance, sensors and controllers of temperature, flow and pressure, once different conditions were considered for this study. For the assays, the variables temperature (180, 220 and 260 ºC), water/ solids mass ratio (R) (15 and 30 g water/ g initial biomass, corresponding to the flow rates of 20 and 40 mL/min, respectively) and reaction time (0.5 to 15 minutes) were considered. The pressure used was 30 MPa. Several responses were analyzed, such as yields of reducing sugars by UV spectrophotometry, sugar contents and inhibitors by high performance liquid chromatography (HPLC), and morphological characterization of the different biomasses by scanning electronic microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and thermogravimetric analysis (TGA). Regarding the pecan husks biomass, the results showed the highest yield of 26.5 g/ 100 g biomass in 220 ºC and R of 15 g water/ g biomass (220 ºC and R - 15, referring to the flow rate of 20 mL/min). For leaves and stalks, the highest yield, 26.3 g/ 100 g biomass, was found in the conditions of 260 ºC and R of 15 g water/ g biomass (260 ºC and R - 15, flow rate of 20 mL/min). For shells, the highest yield of 27.1 g/ 100 g biomass was found in 220 ºC and R of 15 g water/ g biomass (220 ºC and R - 15, flow rate of 20 mL/min). The analysis of HPLC hydrolysed solutions showed the presence of arabinose, cellobiose, glucose and xylose, as well as furfural and hydroxymethylfurfural. SEM analysis showed the rupture of the structure of fresh materials and the increase of superficial microstructures in the biomass. According to the TGA analysis, mass changes in the residues were observed different thermal conditions. Finally, FT-IR analysis expressed the identification of different components of the biomasses, comprehending the contents of cellulose, hemicelluloses and lignin.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNeste estudo, diferentes biomassas de nogueira-pecã, como pericarpos, folhas, talos e cascas foram submetidas à hidrólise em água subcrítica, o que resultou em uma solução hidrolisada rica em açúcares redutores. Os ensaios foram realizados em uma unidade multiuso localizada no Laboratório de Engenharia de Processos Agroindustriais (LAPE) e pertencente à Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Campus Cachoeira do Sul. Esta unidade contém um reator de hidrólises de 50 mL aquecido por resistência térmica, sensores e controladores de temperatura, vazão e pressão, uma vez que diferentes condições foram consideradas para este estudo. Para os ensaios, foram consideradas as variáveis temperatura (180, 220 e 260 ºC), razão mássica água/sólidos (R) (15 e 30 g água/g biomassa inicial, o que corresponde às vazões de 20 e 40 mL/min, respectivamente) e tempo de reação (0,5 a 15 minutos). A pressão utilizada foi de 30 MPa. Várias respostas foram analisadas, como os rendimentos de açúcares redutores por espectrofotometria no UV, teores de açúcares e inibidores por meio de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) e caracterização morfológica das diferentes biomassas, através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e análise termogravimétrica (TGA). Em relação às biomassas dos pericarpos de nogueira-pecã, os resultados encontrados mostraram o maior rendimento de 26,5 g/100 g de biomassa sob 220 ºC e R de 15 g água/g biomassa (220 ºC e R – 15, referente à vazão de 20 mL/min). Já para as folhas e talos, os rendimentos maiores de 26,3 g/100 g de biomassa foram encontrados nas condições de 260 ºC e R de 15 g água/g biomassa (260 ºC e R – 15, vazão de 20 mL/min). Para as cascas, o rendimento maior foi de 27,1 g/100 g de biomassa, encontrado na condição de 220 ºC e R de 15 g água/g biomassa (220 ºC e R – 15, vazão de 20 mL/min). As análises das soluções hidrolisadas por CLAE apontaram a presença de arabinose, celobiose, glicose e xilose, além de furfural e hidroximetilfurfural. As análises de MEV evidenciaram a ruptura da estrutura dos materiais in natura e o aumento da presença de microestruturas superficiais nas biomassas. A partir das análises em TGA, observou-se as alterações mássicas dos resíduos, a partir de diferentes condições térmicas. Por fim, as análises em FT-IR expressaram a identificação dos diferentes componentes das biomassas, compreendendo os teores de celulose, hemicelulose e lignina.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia AgrícolaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia AgrícolaCentro de Ciências RuraisTres, Marcus Viníciushttp://lattes.cnpq.br/3057214179765618Zabot, Giovani LeoneMazutti, Marcio AntonioRezzadori, KátiaSantos, Maicon Sérgio Nascimento dos2021-11-23T15:22:44Z2021-11-23T15:22:44Z2020-03-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22927ark:/26339/001300000b185porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2022-06-10T19:59:33Zoai:repositorio.ufsm.br:1/22927Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2022-06-10T19:59:33Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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description In this study, different pecan biomasses, such as husks, leaves, stalks and shells were submitted to hydrolysis by subcritical water (SWH), which resulted in a hydrolyzed solution rich in reducing sugars. The assays were carried out in a multipurpose unit located at the Laboratory of Agroindustrial Processes Engineering (LAPE) and belonging to the Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Campus Cachoeira do Sul. This unit contains a 50 mL hydrolysis reactor heated by thermal resistance, sensors and controllers of temperature, flow and pressure, once different conditions were considered for this study. For the assays, the variables temperature (180, 220 and 260 ºC), water/ solids mass ratio (R) (15 and 30 g water/ g initial biomass, corresponding to the flow rates of 20 and 40 mL/min, respectively) and reaction time (0.5 to 15 minutes) were considered. The pressure used was 30 MPa. Several responses were analyzed, such as yields of reducing sugars by UV spectrophotometry, sugar contents and inhibitors by high performance liquid chromatography (HPLC), and morphological characterization of the different biomasses by scanning electronic microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and thermogravimetric analysis (TGA). Regarding the pecan husks biomass, the results showed the highest yield of 26.5 g/ 100 g biomass in 220 ºC and R of 15 g water/ g biomass (220 ºC and R - 15, referring to the flow rate of 20 mL/min). For leaves and stalks, the highest yield, 26.3 g/ 100 g biomass, was found in the conditions of 260 ºC and R of 15 g water/ g biomass (260 ºC and R - 15, flow rate of 20 mL/min). For shells, the highest yield of 27.1 g/ 100 g biomass was found in 220 ºC and R of 15 g water/ g biomass (220 ºC and R - 15, flow rate of 20 mL/min). The analysis of HPLC hydrolysed solutions showed the presence of arabinose, cellobiose, glucose and xylose, as well as furfural and hydroxymethylfurfural. SEM analysis showed the rupture of the structure of fresh materials and the increase of superficial microstructures in the biomass. According to the TGA analysis, mass changes in the residues were observed different thermal conditions. Finally, FT-IR analysis expressed the identification of different components of the biomasses, comprehending the contents of cellulose, hemicelluloses and lignin.
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