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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.64.2022.tde-26042023-143514
Document
Author
Full name
Gustavo Husein
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2022
Supervisor
Committee
Arthur, Valter (President)
Almeida, João Monnerat Araujo Ribeiro de
Oliva Neto, Pedro de
Title in Portuguese
Fermentação com alto teor alcoólico com e sem reciclo celular utilizando hidrolisado de milho esterilizado por radiação ionizante
Keywords in Portuguese
Acelerador de elétrons
Fermentação alcoólica
Grãos úmidos de destilaria (WDG)
Hidrolisado de milho
Reciclo de células
Very high gravity (VHG)
Abstract in Portuguese
A presença de contaminação bacteriana é comum no processamento do etanol a partir de milho, já que o mosto não é esterilizado antes do processo, podendo causar redução da eficiência e produtividade. Além disso, outro fator importante na redução da produtividade do processo está relacionado à baixa concentração de células de leveduras, acarretando em maior tempo para o consumo do substrato e o crescimento do fermento. Visando aumentar a produtividade, as fermentações com alto teor de sólidos (VHG), com concentrações de açúcares superiores a 250 g.L1, foram implementadas, porém a alta pressão osmótica existente no início da fermentação e o alto teor alcoólico alcançado ao final do processo resultam em significativo estresse para as células de levedura. O objetivo do trabalho foi investigar a viabilidade de uma dada proposta tecnológica da aplicação do reciclo celular no processamento de etanol a partir de milho com alto teor alcoólico (VHG), utilizando alta densidade celular de inóculo e mosto esterilizado por radiação ionizante, assim como verificar a composição bromatológica dos grãos úmidos de destilaria com solúveis (WDGS) gerados no processo proposto, visando aumentar a produtividade do processo fermentativo e manter a qualidade nutricional do WDGS. Para isso, foi utilizado mosto na concentração de 258 g.L1 de açúcares redutores totais (ART) e a levedura Thermosacc Dry em duas concentrações iniciais, com 1 e 3% (m.v1) de células, realizando o reciclo celular integral e com retirada de 59,5 gramas por litro de células nos Tratamentos iniciados com 3% (m.v1) de inóculo, assim como uma fermentação controle com 1% (m.v1) de inóculo sem a realização de reciclo, totalizando três Tratamentos. Devido ao baixo crescimento celular e queda na viabilidade, somente um reciclo foi realizado, limitando o ensaio à dois ciclos fermentativos. As fermentações com 3% (m.v1) de inóculo e reciclo de células resultaram em maiores teores alcoólicos, com valores médios de 14,04 ±0,01 (v.v1) e produtividade média no primeiro ciclo de 3,725 ±0,07 g.L1.h1 e 2,335 ±0,04 g.L1.h1 no segundo ciclo, totalizando uma produtividade média em ambos os ciclos de 2,845 ±0,01 g.L1.h1, enquanto que o vinho proveniente da fermentação submetida ao Tratamento com 1% (m.v1) de inóculo e sem reciclo de células alcançou um teor alcoólico de 13,73 ±0,01 (v.v1) e produtividade de 2,66 ±0,01 g.L1.h1. Em relação à composição do WDGS, a aplicação do reciclo e maior concentração de células inicial também promoveu influência positiva na qualidade nutricional do coproduto, independente da quantidade de células retirada entre os reciclos, com valor médio no conteúdo proteico de 15,125% (massa seca), contra 14,37% (massa seca) obtido no Tratamento com 1% (m.v1) de inóculo e sem reciclo de células. Conclui-se que a utilização de uma maior concentração inicial de células e a reutilização da levedura por mais um ciclo trouxeram benefícios tecnológicos para o processo de produção de etanol a partir de milho, aumentando a produtividade fermentativa e a qualidade nutricional do WDGS
Title in English
Fermentation with high alcohol content with and without cell recycling using corn hydrolyzate sterilized by ionizing radiation
Keywords in English
Alcohol Fermentation
Cell recycling
Corn mash
Electron Accelerator
Very high gravity (VHG)
Wet Distillery Grains (WDG)
Abstract in English
The presence of bacterial contamination is common in ethanol processing from corn, as the corn mash is not sterilized before the process, which can reduce efficiency and productivity. Furthermore, another important factor in reducing the productivity of the process is related to the low concentration of yeast cells, resulting in a longer time and substrate consumption for yeast growth. Aiming to increase productivity, fermentations with high solids content (VHG), with sugar concentrations above 250 g.L-1, were implemented, however the high osmotic pressure existing at the beginning of the fermentation and the high alcohol content reached at the end of the process results in significant stress to the yeast cells. The objective of this work was to investigate the viability of a technological proposal for the application of cell recycling in the processing of ethanol from corn with high alcohol content (VHG), using high inoculum cell density and mash sterilized by ionizing radiation, as well as verifying the chemical composition of wet distillery grains with solubles (WDGS) generated in the proposed process, aiming to increase the productivity of the fermentation process and maintain the nutritional quality of the WDGS. For this, mash was used at a concentration of 258 g.L-1 of total reducing sugars (TRS) and the yeast Thermosacc Dry at two initial concentrations, with 1 and 3% (m.v-1) of cells, performing the complete cell recycling and removing 59.5 grams per liter of cells in the Treatments started with 3% (m.v-1) of inoculum, as well as a control fermentation with 1% (m.v-1) of inoculum without recycling, totaling three Treatments. Due to low cell growth and drop in viability, only one cycle was performed, limiting the assay to two fermentation cycles. Fermentations with 3% (m.v-1) of inoculum and cell recycling resulted in higher alcohol content, with average values of 14,04 ±0,01 (v.v-1) and average productivity in the first cycle of 3,725 ±0,07 g.L-1.h-1 and 2,335 ±0,04 g.L-1.h-1 in the second cycle, totaling na average productivity in both cycles of 2,845 ±0,01 g.L-1.h-1, while that the wine from fermentation submitted to Treatment with 1% (m.v-1) of inoculum and without cell recycling reached an alcohol content of 13,73 ±0,01 (v.v-1) and productivity of 2,66 ±0,01 g.L-1.h-1. Regarding the composition of the WDGS, the application of recycling and higher concentration of initial cells also promoted a positively influence on the nutritional quality of the co-product, regardless of the amount of cells removed between recycles, with an average protein content of 15,125% (dry mass), against 14,370% (dry mass) obtained in the Treatment with 1% (m.v-1) of inoculum and without cell recycling. In conclusion, the use of a higher initial concentration of cells and the reuse of yeast for another cycle brought technological benefits to the ethanol production process from corn, increasing the fermentative productivity and nutritional quality of WDGS
 
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Publishing Date
2023-05-24
 
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