Valorização da Borra de Café através da Produção de Etanol
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.22/22686 |
Resumo: | O café, uma das bebidas mais populares do mundo, carrega consigo um enorme encargo ambiental e económico na forma de seus resíduos, gerados ao longo do seu processo de produção, tais como a borra de café, a fração inutilizada do café gerada após a sua infusão. Tradicionalmente, a borra de café é subaproveitada ou descartada e, devido a sua elevada carga orgânica, se torna tóxica ao ambiente. Devido ao seu alto valor biológico, esta corrente de resíduo apresenta um enorme potencial de valorização para a conversão em bioprodutos de valor agregado. Portanto, com vista à minimização desta problemática, numa perspetiva de economia circular, este trabalho propõe a valorização da borra de café através da produção de bioetanol. Este trabalho visou a otimização do processo de produção do bioetanol, o qual se resume em três etapas: i) pré-tratamento, ii) hidrólise enzimática e iii) fermentação. Na primeira etapa de sacarificação, isto é, de libertação dos açúcares da biomassa de borra de café, nomeadamente o prétratamento e hidrólise enzimática, foram estudados os efeitos dos parâmetros operatórios concentração de ácido sulfúrico (c H2SO4 = 1, 3 e 5% v/v), tempo de reação (t = 4, 6 e 8 horas), temperatura (T = 60 e 85 °C) e razão de líquido/sólido (R L/S = 6 – 25) no pré-tratamento, e a utilização de distintos complexos enzimáticos, Accellerase® 1500 (Genencor International, B.V.), GC 151 (Genencor International, B.V.) Viscamyl Flow (DuPont Industrial Biosciences), e respetivas proporções de dosagens (Accellerase; GC:VIS µL/g), na hidrólise enzimática. Na etapa final de fermentação, avaliouse o rendimento da produção de etanol quando foram usadas as leveduras: Saccharomyces cerevisiae e Pichia stipitis. A melhor combinação dos parâmetros originou um rendimento médio em açúcares totais no hidrolisado de 38,5 g/100 g, sendo que são 0,92 g/100 g de celobiose, 5,38 g/100 g de glicose, 29,84 g/100 g de xilose e 3,13 g/100 g de arabinose, com geração de 0,08 g/L de ácido acético e não foram detetados compostos inibidores da fermentação (furfural e hidroximetilfurfural). As condições deste ensaio otimizado foram de: c H2SO4 = 3% v/v, t = 8 horas, T = 85 °C, R L/S = 15 e GC:VIS = 40:10 µL/g. Nestas condições operatórias, foi obtida uma concentração de 4,51 g/L de etanol, em 36 horas, para a Saccharomyces cerevisiae e uma concentração de 2,09 g/L, em 24 horas, para a Pichia stipitis. Os resultados deste trabalho, estimulam o desenvolvimento da investigação acerca da valorização da borra de café, explorando-a como uma matéria-prima para a produção de produtos de valor, e não apenas de bioetanol, contribuindo assim para o avanço da bioeconomia circular e do desenvolvimento sustentável. |
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Valorização da Borra de Café através da Produção de EtanolValorização de biorresíduosEconomia circularHidrólise enzimáticaFermentaçãoPichia stipitisBiowaste valorizationCircular economyEnzymatic hydrolysisFermentationO café, uma das bebidas mais populares do mundo, carrega consigo um enorme encargo ambiental e económico na forma de seus resíduos, gerados ao longo do seu processo de produção, tais como a borra de café, a fração inutilizada do café gerada após a sua infusão. Tradicionalmente, a borra de café é subaproveitada ou descartada e, devido a sua elevada carga orgânica, se torna tóxica ao ambiente. Devido ao seu alto valor biológico, esta corrente de resíduo apresenta um enorme potencial de valorização para a conversão em bioprodutos de valor agregado. Portanto, com vista à minimização desta problemática, numa perspetiva de economia circular, este trabalho propõe a valorização da borra de café através da produção de bioetanol. Este trabalho visou a otimização do processo de produção do bioetanol, o qual se resume em três etapas: i) pré-tratamento, ii) hidrólise enzimática e iii) fermentação. Na primeira etapa de sacarificação, isto é, de libertação dos açúcares da biomassa de borra de café, nomeadamente o prétratamento e hidrólise enzimática, foram estudados os efeitos dos parâmetros operatórios concentração de ácido sulfúrico (c H2SO4 = 1, 3 e 5% v/v), tempo de reação (t = 4, 6 e 8 horas), temperatura (T = 60 e 85 °C) e razão de líquido/sólido (R L/S = 6 – 25) no pré-tratamento, e a utilização de distintos complexos enzimáticos, Accellerase® 1500 (Genencor International, B.V.), GC 151 (Genencor International, B.V.) Viscamyl Flow (DuPont Industrial Biosciences), e respetivas proporções de dosagens (Accellerase; GC:VIS µL/g), na hidrólise enzimática. Na etapa final de fermentação, avaliouse o rendimento da produção de etanol quando foram usadas as leveduras: Saccharomyces cerevisiae e Pichia stipitis. A melhor combinação dos parâmetros originou um rendimento médio em açúcares totais no hidrolisado de 38,5 g/100 g, sendo que são 0,92 g/100 g de celobiose, 5,38 g/100 g de glicose, 29,84 g/100 g de xilose e 3,13 g/100 g de arabinose, com geração de 0,08 g/L de ácido acético e não foram detetados compostos inibidores da fermentação (furfural e hidroximetilfurfural). As condições deste ensaio otimizado foram de: c H2SO4 = 3% v/v, t = 8 horas, T = 85 °C, R L/S = 15 e GC:VIS = 40:10 µL/g. Nestas condições operatórias, foi obtida uma concentração de 4,51 g/L de etanol, em 36 horas, para a Saccharomyces cerevisiae e uma concentração de 2,09 g/L, em 24 horas, para a Pichia stipitis. Os resultados deste trabalho, estimulam o desenvolvimento da investigação acerca da valorização da borra de café, explorando-a como uma matéria-prima para a produção de produtos de valor, e não apenas de bioetanol, contribuindo assim para o avanço da bioeconomia circular e do desenvolvimento sustentável.Coffee, one of the most popular beverages in the world, carries with it an enormous economical and environmental burden, in the form of its residues, which are generated throughout its production process, such as spent coffee grounds (SCG), the fraction of coffee beans left after brewing. Traditionally, SCG are underexploited or disposed of but, due to their high organic load, they are toxic to the environment. Due to their significant biological value, this biowaste presents a huge potential of valorization through conversion to valued-added bioproducts. Therefore, aiming the minimization of this problem, in the perspective of a circular economy, this project proposes the valorization of SCG through bioethanol production. This project aimed the otimization of bioethanol production process, which can summarized in three steps: i) pretreatment, ii) enzymatic hydrolysis and iii) fermentation. At the first step of saccharification, this is, of sugars release from SCG biomass, namely pretreatment and enzymatic hydrolysis, the variation of the following operation parameters were studied: sulfuric acid concentration (c 24 = 1, 3 and 5% v/v), reaction time (t = 4, 6 and 8 hours), temperature (T = 60 and 85 °C) and liquid/solid ratio (R L/S = 6 – 25) in the pretreatment and the use of distinct enzymatic complexes, Accellerase® 1500 (Genencor International, B.V.), GC 151 (Genencor International, B.V) and Viscamyl Flow (DuPont Industrial Biosciences), and respective dosage ratios (Accellerase; GC:VIS µL/g), in the enzymatic hydrolysis. At the final step of fermentation, the yield of ethanol production was assessed for two yeasts: Saccharomyces cerevisiae and Pichia stipitis. The best combination of parameters originated an average yield of total sugars of 38.5 g/100 g, which is made of 0.92 g/100 g cellobiose, 5.38 g/10 g glucose, 29.84 g/100 g xylose and 3.13 g/100 g arabinose, with generation of 0.08 g/L of acetic acid and no concentration of inhibiting compounds (furfural and hydroxymethylfurfural). The conditions of this assay were: c 24 = 3% v/v, t = 8 hours, T = 85 °C, R L/S = 15 and GC:VIS = 40:10 µL/g. Under these conditions, it was obtained a concentration of 4.51 g/L of ethanol, in 36 hours, using Saccharomyces cerevisiae and a concentration of 2.09 g/L of ethanol, in 24 hours, using Pichia stipitis. The results of this project may stimulate the development of research on the valorization of SCG, thus exploiting it as a feedstock for the production of value-added products, and not only bioethanol, contributing to the progress of circular bioeconomy and sustainable development.Caetano, Nídia de SáRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoNogueira, Vítor Martins2023-04-05T14:16:18Z20222022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/22686TID:203114205porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-04-12T01:47:14Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/22686Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T17:49:06.826858Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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