• JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
 
  Bookmark and Share
 
 
Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2020.tde-18012022-114838
Document
Author
Full name
Tainã Oliveira Bonifácio
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2020
Supervisor
Committee
Roberto, Inês Conceição (President)
Dragone, Solange Ines Mussatto
Silva, João Paulo Alves
Title in Portuguese
Produção de etanol por Kluyveromyces marxianus a partir do hidrolisado celulósico de palha de arroz: avaliação nutriconal e desempenho em biorreator air-lift
Keywords in Portuguese
Kluveromyces marxianus
Biorreator air-lift
Etanol celulósico
Palha de arroz
Suplementação nutricional
Abstract in Portuguese
O presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol por Kluyveromyces marxianus NRRL Y 6860 a partir do hidrolisado celulósico de palha de arroz através da análise nutricional e do desempenho em biorreator air-lift. A palha de arroz in natura composta por (g/100g): celulose, 36,2; hemicelulose 24,4; lignina total 16,37; cinzas 9,3 foi submetida ao pré-tratamento sequencial alcalino e ácido obtendo-se o hidrolisado hemicelulósico (HH) com 18,3 g/L de xilose e a celulignina composta por (g/100g): celulose, 66,4; hemicelulose 7,68; lignina total, 18,01; cinzas 3,5). Na etapa de hidrólise enzimática da celulignina em reator do tipo moinho de bolas vertical com 20% m/v de sólidos foi obtido um hidrolisado celulósico (HC) contendo 108,8 ± 2,1 g/L de glicose. Inicialmente, foi avaliado o crescimento do inóculo de K. marxianus nos hidrolisados obtidos e seu impacto na fermentabilidade do hidrolisado celulósico. De acordo com os parâmetros fermentativos de produtividade volumétrica em etanol (QP) e fator de conversão de açúcares em etanol (YP/S), o inóculo proveniente HC foi o que proporcionou os melhores resultados de fermentação (YP/S = 0,43 g/g e QP = 3,91 g/L). Posteriormente, foi avaliado o efeito da suplementação nutricional (extrato de levedura, (NH4)2SO4, KH2PO4 e MgSO4.7H2O) do HC sobre o desempenho fermentativo de K. marxianus, através de um planejamento experimental 24. Os resultados da análise estatística mostraram que o (NH4)2SO4 teve um efeito significativo e positivo sobre os parâmetros YP/S e QP. No entanto, considerando que os valores de YP/S e QP obtidos durante a fermentação do HC apenas suplementado com 1,0 g/L de (NH4)2SO4 (YP/S = 0,41 g/g e QP =3,81 g/L.h) são próximos aos obtidos no HC sem qualquer suplementação (YP/S = 0,39 g/g e QP = 3,78g/L.h) optou-se pela utilização do HC sem adição de nutrientes nos ensaios fermentativos em reator air-lift. Para avaliar as características de fluidização do reator air-lift foi realizado um estudo dos parâmetros hidrodinâmicos incluindo velocidade superficial do gás na região de subida, tempo de mistura, tempo de circulação, velocidade de circulação do líquido, coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (KLa), e retenção gasosa do reator empregando a água como meio (2L) na temperatura de 40 ± 0,2 °C. Os experimentos fermentativos em air-lift foram conduzidos em hidrolisado celulósico sem adição de nutrientes e em meio semi-definido utilizando glicose como fonte de carbono, nas seguintes condições: 40 ± 0,2 °C, (KLa) de 4,8 ± 0,2 h-1 e concentração celular inicial de 3,5±0,3 g/L. Os resultados mostraram que o desempenho fermentativo de K. marxianus em HC (YP/S =0,31 g/g e QP = 1,60g/L.h) foi inferior ao observado em meio semi-definido (YP/S =0,44 g/g e QP = 6,83 g/L.h), sugerindo o que composição química do hidrolisado, especialmente a presença de inibidores pode ter afetado negativamente o desempenho fermentativo desta cepa. No geral, os resultados obtidos no presente trabalho revelam que o hidrolisado celulósico sem qualquer suplementação nutricional, pode ser empregado na produção de etanol por K. marxianus, sendo ainda necessário mais estudos para melhorar os parâmetros do processo. Destaca-se ainda o grande potencial do biorreator air-lift para produção de etanol por K. marxianus tendo em vista os elevados valores de QP e YP/S obtidos em meio semi-definido nas condições avaliadas.
Title in English
Ethanol production by Kluyveromyces marxianus from rice straw cellulosic hydrolyzate: nutritional assessment and performance in an air-lift bioreactor
Keywords in English
Kluveromyces marxianus
Bioreactor air-lift
Cellulosic ethanol
Nutritional supplementation
Rice straw
Abstract in English
The present work aimed to evaluate the ethanol production by Kluyveromyces marxianus NRRL Y 6860 from cellulosic rice straw hydrolyzate through the nutritional analysis and the performance in air-lift bioreactor. In natura rice straw composed of (g / 100g): cellulose, 36.2; hemicellulose 24.4; total lignin 16.37; ash 9.3 was subjected to sequential alkaline and acid pretreatment to obtain hemicellulosic hydrolyzate (HH) with 18.3 g / L of xylose and cellulignin composed of (g / 100g): cellulose, 66.4; hemicellulose 7.68; total lignin, 18.01; ashes 3.5). In the enzymatic hydrolysis step of cellulignin in a vertical ball mill reactor with 20% w / v solids, a cellulosic hydrolyzate (HC) containing 108.8 ± 2.1 g / L of glucose was obtained. Initially, the growth of the K. marxianus inoculum in the hydrolysates obtained and its impact on the fermentability of the cellulosic hydrolyzate was evaluated. According to the fermentative parameters of volumetric productivity in ethanol (QP) and sugar to ethanol conversion factor (YP/S), the inoculum from HC was the one that provided the best fermentation results (YP/S = 0.43 g / g and QP = 3.91 g / L). Subsequently, the effect of nutritional supplementation ((NH4)2SO4, yeast extract, KH2PO4 and MgSO4.7H2O) from HC on the fermentative performance of K. marxianus was evaluated, through experimental design 24. The results of the statistical analysis showed that (NH4)2SO4 had a significant and positive effect of on YP/S and QP parameters. However, considering that the values of YP/S and QP obtained during the fermentation of HC only supplemented with 1.0 g/L of (NH4)2SO4 (YP/S = 0.41 g/g and QP = 3.81 g/L.h) are close to those obtained in HC without any supplementation (YP/S = 0.39 g / g and QP = 3,78 g/L.h). Therefore was decided to use HC without adding nutrients in fermentation tests in an air-lift reactor. To evaluate the fluidization characteristics of the air-lift reactor, a study of the hydrodynamic parameters was carried out, including surface gas velocity in the rising region, mixing time, circulation time, liquid circulation speed, volumetric oxygen transfer coefficient (KLa), and gaseous retention of the reactor using water as a medium (2 L) at a temperature of 40 ± 0.2 °C. The fermentative experiments in air-lift were conducted in cellulosic hydrolyzate without addition of nutrients and in a semi-defined medium using glucose as a carbon source, under the following conditions: 40 ± 0.2 °C, (KLa) 4.8 ± 0.2 h-1 and initial cell concentration of 3.5 ± 0.3 g/L. The results showed that the fermentative performance of K. marxianus in HC (YP/S = 0.31 g / g and QP = 1.60 g / Lh) was lower than that observed in semi-defined medium (YP/S = 0.44 g / g and QP = 6.83 g / Lh). This suggesting that the chemical composition of the hydrolyzate, especially the presence of inhibitors may have negatively affected the fermentative performance of this strain. In general, the results obtained in the present work reveal that cellulosic hydrolyzate without any nutritional supplementation can be used in the production of ethanol by K. marxianus, and further studies are needed to improve the process parameters. Also noteworthy is the great potential of the air-lift bioreactor for ethanol production by K. marxianus in view of the high values of QP and YP/S obtained in a semidefined medium under the conditions evaluated.
 
WARNING - Viewing this document is conditioned on your acceptance of the following terms of use:
This document is only for private use for research and teaching activities. Reproduction for commercial use is forbidden. This rights cover the whole data about this document as well as its contents. Any uses or copies of this document in whole or in part must include the author's name.
BID20006_RCN.pdf (99.45 Kbytes)
There are withheld file due to requirements (data publishing, patents or rights).
Release Date
2024-04-06
Publishing Date
2022-01-18
 
WARNING: Learn what derived works are clicking here.
All rights of the thesis/dissertation are from the authors
CeTI-SC/STI
Digital Library of Theses and Dissertations of USP. Copyright © 2001-2024. All rights reserved.