Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2015
Autor(a) principal: Silva, Felipe Thalles Moreira
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Engenharias
UFU
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.ufu.br/handle/123456789/15246
https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.103
Resumo: The use of the hybrid system has been seen as an energy carrier of the future for the biohydrogen production due to its advantages. In this system, the resulting effluent from the first stage, that is the dark fermentation and rich in organic acids, is used as a substrate by non-sulfur purple bacteria in photo-fermentation step. This process has sustainability character due to the use of renewable resources, with simultaneous production of value-added product and waste removal. In this work, the production of biohydrogen in a batch process by non-sulfur purple bacteria, Rhodobacter capsulatus. The substrate used was the effluent from dark fermentation of whey permeate by microbial consortium. This effluent was centrifuged in order to separate the cells and the supernatant was adjusted according to the composition of the RCV medium without addition of ammonium sulphate and malic acid. The initial pH was adjusted to 6.8. In a first step, the experiments were performed in 50 mL penicillin bottles to verify the influence of effluent composition of dark fermentation in terms of metabolites and not converted lactose. The results of these preliminary tests have shown the necessity of providing a source of sugar for the R. capsulatus, as in the absence of lactose the H2 production was negligible. The best results were obtained in the presence of lactose and lactic acid in the concentration range of 4.4 to 8.0 and 4.6 to 14.2 g/L, respectively, favoring the production of hydrogen, with a maximum yield of 37.14 mmol H2/L.dia. Afterwards, photo-fermentation trials with scale-up (1.5 L reactor) were conducted to test the behavior of production over time. Thus, the addition of carbon sources in the process was evaluated. The sugars tested were lactose and glucose and the effect of the alternating addition of these sugars was checked as well. These results permit to conclude that there is a synergism between the effluent metabolites of dark fermentation and sugar, with the need to supplement the effluent with a second carbon source. The inoculum potential to hydrogen synthesis was higher when the process began in the presence of lactose. The highest productivity was attained by performing the process containing 9.3 g/L lactose and, subsequently, correcting the sugar concentration to 6.0 g/L by adding, alternately, lactose and glucose. In this condition, the maximum productivity was 208.4 mmol H2/L.dia and the culture could be maintained activate to hydrogen production by photo-fermentation for up to 787 h.
id UFU_4fd0b8da1344a6273193322af61b595d
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/15246
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escuraBiohidrogênioFotofermentaçãoEfluente da fermentação escuraRhodobacter capsulatusSoro do leiteFermentaçãoBio-hydrogenPhotofermentationEffluent from dark fermentationRhodobacter capsulatusCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAThe use of the hybrid system has been seen as an energy carrier of the future for the biohydrogen production due to its advantages. In this system, the resulting effluent from the first stage, that is the dark fermentation and rich in organic acids, is used as a substrate by non-sulfur purple bacteria in photo-fermentation step. This process has sustainability character due to the use of renewable resources, with simultaneous production of value-added product and waste removal. In this work, the production of biohydrogen in a batch process by non-sulfur purple bacteria, Rhodobacter capsulatus. The substrate used was the effluent from dark fermentation of whey permeate by microbial consortium. This effluent was centrifuged in order to separate the cells and the supernatant was adjusted according to the composition of the RCV medium without addition of ammonium sulphate and malic acid. The initial pH was adjusted to 6.8. In a first step, the experiments were performed in 50 mL penicillin bottles to verify the influence of effluent composition of dark fermentation in terms of metabolites and not converted lactose. The results of these preliminary tests have shown the necessity of providing a source of sugar for the R. capsulatus, as in the absence of lactose the H2 production was negligible. The best results were obtained in the presence of lactose and lactic acid in the concentration range of 4.4 to 8.0 and 4.6 to 14.2 g/L, respectively, favoring the production of hydrogen, with a maximum yield of 37.14 mmol H2/L.dia. Afterwards, photo-fermentation trials with scale-up (1.5 L reactor) were conducted to test the behavior of production over time. Thus, the addition of carbon sources in the process was evaluated. The sugars tested were lactose and glucose and the effect of the alternating addition of these sugars was checked as well. These results permit to conclude that there is a synergism between the effluent metabolites of dark fermentation and sugar, with the need to supplement the effluent with a second carbon source. The inoculum potential to hydrogen synthesis was higher when the process began in the presence of lactose. The highest productivity was attained by performing the process containing 9.3 g/L lactose and, subsequently, correcting the sugar concentration to 6.0 g/L by adding, alternately, lactose and glucose. In this condition, the maximum productivity was 208.4 mmol H2/L.dia and the culture could be maintained activate to hydrogen production by photo-fermentation for up to 787 h.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoMestre em Engenharia QuímicaO emprego do sistema híbrido tem sido visto como um portador de energia do futuro para a produção de biohidrogênio devido a suas vantagens. Neste sistema, o efluente resultante na primeira etapa de fermentação escura, rico em ácidos orgânicos, é usado como substrato por bactérias púrpuras não-sulfurosas na etapa de fotofermentação. Este processo tem caráter de sustentabilidade devido ao uso de recursos renováveis, com produção simultânea de produto de valor agregado e remoção de resíduos. Neste trabalho estudou-se a produção de biohidrogênio em processo batelada pela bactéria púrpura não-sulfurosa, Rhodobacter capsulatus. O substrato utilizado foi o efluente resultante da fermentação escura do permeado de soro de leite por consórcio microbiano. Este efluente foi centrifugado para a separação das células fermentativas e o sobrenadante foi corrigido segundo à composição do meio RCV, sem adição de sulfato de amônia e de ácido málico. O pH inicial foi ajustado para 6,8. Em uma primeira etapa, os experimentos foram realizados em frascos de penicilina de 50 mL para verificar a influência da composição do efluente da fermentação escura em termos de metabólitos e lactose não convertida. Os resultados destes ensaios preliminares comprovaram a necessidade de fornecer uma fonte de açúcar para a R. capsulatus, visto que na ausência de lactose a produção de H2 foi desprezível. Os melhores resultados foram obtidos na presença de lactose e ácido lático em concentrações na faixa de 4,4 a 8,0 e 4,6 a 14,2 g/L, respectivamente, favorecendo a produção de hidrogênio e apresentando uma produtividade máxima de 37,14 mmol H2/L.dia. Em seguida, ensaios de fotofermentação com ampliação de escala (reator de 1,5 L) foram realizados para verificar o comportamento da produção durante o tempo. Desta forma, avaliou-se a adição de fontes de carbono no decorrer do processo. Os açúcares testados foram lactose e glicose e o efeito da adição alternada destes açúcares também foi verificado. Os resultados deste trabalho possibilitaram concluir que há um sinergismo entre os metabólitos do efluente da fermentação escura e o açúcar, havendo a necessidade de suplementar o efluente com uma segunda fonte de carbono. O inóculo apresentou maior potencial de síntese de hidrogênio ao se iniciar o processo na presença de lactose. A maior produtividade foi encontrada ao realizar o processo contendo 9,3 g/L de lactose e, posteriormente, corrigindo a concentração de açúcar para 6,0 g/L, adicionando de forma alternada lactose e glicose. Nesta condição, a produtividade máxima foi de 208,4 mmol H2/L.dia e pôde-se manter a cultura ativa para produção de hidrogênio por fotofermentação por até 787 h.Universidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em Engenharia QuímicaEngenhariasUFUCardoso, Vicelma Luizhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787074J7Ferreira, Juliana de Souzahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4769290P1Batista, Fabiana Regina Xavierhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4779058Z2Servulo, Eliana Flavia Camporesehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4797632Y9Nascimento, Rafaelhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4758708T0Fischer, Janaínahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4735842A2Silva, Felipe Thalles Moreira2016-06-22T18:41:54Z2015-11-192016-06-22T18:41:54Z2015-02-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfSILVA, Felipe Thalles Moreira. Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura. 2015. 111 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.103https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15246https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.103porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-06-02T18:58:39Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/15246Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-06-02T18:58:39Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura
title Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura
spellingShingle Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura
Silva, Felipe Thalles Moreira
Biohidrogênio
Fotofermentação
Efluente da fermentação escura
Rhodobacter capsulatus
Soro do leite
Fermentação
Bio-hydrogen
Photofermentation
Effluent from dark fermentation
Rhodobacter capsulatus
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
title_short Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura
title_full Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura
title_fullStr Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura
title_full_unstemmed Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura
title_sort Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura
author Silva, Felipe Thalles Moreira
author_facet Silva, Felipe Thalles Moreira
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Cardoso, Vicelma Luiz
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787074J7
Ferreira, Juliana de Souza
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4769290P1
Batista, Fabiana Regina Xavier
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4779058Z2
Servulo, Eliana Flavia Camporese
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4797632Y9
Nascimento, Rafael
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4758708T0
Fischer, Janaína
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4735842A2
dc.contributor.author.fl_str_mv Silva, Felipe Thalles Moreira
dc.subject.por.fl_str_mv Biohidrogênio
Fotofermentação
Efluente da fermentação escura
Rhodobacter capsulatus
Soro do leite
Fermentação
Bio-hydrogen
Photofermentation
Effluent from dark fermentation
Rhodobacter capsulatus
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
topic Biohidrogênio
Fotofermentação
Efluente da fermentação escura
Rhodobacter capsulatus
Soro do leite
Fermentação
Bio-hydrogen
Photofermentation
Effluent from dark fermentation
Rhodobacter capsulatus
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
description The use of the hybrid system has been seen as an energy carrier of the future for the biohydrogen production due to its advantages. In this system, the resulting effluent from the first stage, that is the dark fermentation and rich in organic acids, is used as a substrate by non-sulfur purple bacteria in photo-fermentation step. This process has sustainability character due to the use of renewable resources, with simultaneous production of value-added product and waste removal. In this work, the production of biohydrogen in a batch process by non-sulfur purple bacteria, Rhodobacter capsulatus. The substrate used was the effluent from dark fermentation of whey permeate by microbial consortium. This effluent was centrifuged in order to separate the cells and the supernatant was adjusted according to the composition of the RCV medium without addition of ammonium sulphate and malic acid. The initial pH was adjusted to 6.8. In a first step, the experiments were performed in 50 mL penicillin bottles to verify the influence of effluent composition of dark fermentation in terms of metabolites and not converted lactose. The results of these preliminary tests have shown the necessity of providing a source of sugar for the R. capsulatus, as in the absence of lactose the H2 production was negligible. The best results were obtained in the presence of lactose and lactic acid in the concentration range of 4.4 to 8.0 and 4.6 to 14.2 g/L, respectively, favoring the production of hydrogen, with a maximum yield of 37.14 mmol H2/L.dia. Afterwards, photo-fermentation trials with scale-up (1.5 L reactor) were conducted to test the behavior of production over time. Thus, the addition of carbon sources in the process was evaluated. The sugars tested were lactose and glucose and the effect of the alternating addition of these sugars was checked as well. These results permit to conclude that there is a synergism between the effluent metabolites of dark fermentation and sugar, with the need to supplement the effluent with a second carbon source. The inoculum potential to hydrogen synthesis was higher when the process began in the presence of lactose. The highest productivity was attained by performing the process containing 9.3 g/L lactose and, subsequently, correcting the sugar concentration to 6.0 g/L by adding, alternately, lactose and glucose. In this condition, the maximum productivity was 208.4 mmol H2/L.dia and the culture could be maintained activate to hydrogen production by photo-fermentation for up to 787 h.
publishDate 2015
dc.date.none.fl_str_mv 2015-11-19
2015-02-24
2016-06-22T18:41:54Z
2016-06-22T18:41:54Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv SILVA, Felipe Thalles Moreira. Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura. 2015. 111 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.103
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15246
https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.103
identifier_str_mv SILVA, Felipe Thalles Moreira. Produção de biohidrogênio por Rhodobacter capsulatus utilizando como substrato o efluente da fermentação escura. 2015. 111 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.103
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15246
https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.103
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
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Engenharias
UFU
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
BR
Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Engenharias
UFU
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1827843482209746944