Simulação da produção de xilitol por via fermentativa a partir do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar utilizando o software livre Scilab
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14611 |
Resumo: | Xylitol is a five-carbon polyalcohol presented in many fruits and vegetables, as well as yeasts, lichens and mushrooms. It is a white crystalline powder and odorless sweetener. Compared to sucrose, it has similar sweetness and reduced caloric value, besides being independent of insulin for its metabolizing, so it is tolerated by diabetics. Xylitol can be obtained by solid-liquid extraction, chemical reduction of xylose and biotechnological conversion of xylose. The low concentration of naturally occurring xylitol (less than 0.9 g/100 g) makes solid-liquid extraction process economically impracticable. The catalytic reduction of xylose offers high yields, but suffers disadvantages mainly due to extensive intermediate purification steps and huge energy requirements, which makes the overall process very expensive. The disadvantages in the conventional method of xylitol production and the market growth over the last years have motivated researches looking for alternative ways of obtaining this product. One of the most attractive processes is microbiological route, which uses microorganisms (yeasts, bacteria and filamentous fungi) with capacity to assimilate and ferment xylose. Xylose is obtained by treating methods of lignocellulosic materials, such as hydrolysis. Sugarcane bagasse is a highly lignocellulosic residue produced in Brazil as a result of the intense sugar-alcoholic activity and it can be used in xylitol production. Thus, this study aimed to simulate and evaluate batch production of xylitol by fermentation using Scilab, a free software for numerical computation. This was possible by defining kinetics for substrate consumption (xylose), cell growth (yeast) and product accumulation (xylitol) and by resolution of the ordinary differential equations resulting system. The kinetic model used was proposed by Mohamad et al. (2016) in the study of xylitol production by fermentation of pure xylose by Candida tropicalis and was suitable to this process. The simulation of data obtained by Arruda (2011) in the fermentation of detoxified hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse by Candida guilliermondii resulted in many divergences between experimental values and those predicted by the mathematical model. The kinetic model was suitable only at the beginning of the fermentation process, but it is promising in the prediction of xylitol formation from hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse. Studies indicate that this process is a satisfactory alternative for xylitol obtaining, but still needs a better understanding. |
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Xylitol can be obtained by solid-liquid extraction, chemical reduction of xylose and biotechnological conversion of xylose. The low concentration of naturally occurring xylitol (less than 0.9 g/100 g) makes solid-liquid extraction process economically impracticable. The catalytic reduction of xylose offers high yields, but suffers disadvantages mainly due to extensive intermediate purification steps and huge energy requirements, which makes the overall process very expensive. The disadvantages in the conventional method of xylitol production and the market growth over the last years have motivated researches looking for alternative ways of obtaining this product. One of the most attractive processes is microbiological route, which uses microorganisms (yeasts, bacteria and filamentous fungi) with capacity to assimilate and ferment xylose. Xylose is obtained by treating methods of lignocellulosic materials, such as hydrolysis. Sugarcane bagasse is a highly lignocellulosic residue produced in Brazil as a result of the intense sugar-alcoholic activity and it can be used in xylitol production. Thus, this study aimed to simulate and evaluate batch production of xylitol by fermentation using Scilab, a free software for numerical computation. This was possible by defining kinetics for substrate consumption (xylose), cell growth (yeast) and product accumulation (xylitol) and by resolution of the ordinary differential equations resulting system. The kinetic model used was proposed by Mohamad et al. (2016) in the study of xylitol production by fermentation of pure xylose by Candida tropicalis and was suitable to this process. The simulation of data obtained by Arruda (2011) in the fermentation of detoxified hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse by Candida guilliermondii resulted in many divergences between experimental values and those predicted by the mathematical model. The kinetic model was suitable only at the beginning of the fermentation process, but it is promising in the prediction of xylitol formation from hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse. Studies indicate that this process is a satisfactory alternative for xylitol obtaining, but still needs a better understanding.O xilitol é um poliálcool de cinco carbonos presente em diversas frutas e vegetais, bem como em leveduras, líquens e cogumelos. Trata-se de um adoçante na forma de pó cristalino branco e inodoro. Quando comparado à sacarose, apresenta poder adoçante semelhante e valor calórico reduzido, além de independer de insulina para sua metabolização, sendo, portanto, tolerado por diabéticos. O xilitol pode ser obtido através de extração sólido-líquido, redução química da xilose e conversão biotecnológica da xilose. A baixa concentração do xilitol encontrado naturalmente (inferior a 0,9g/100g) faz com que o processo de extração sólido-líquido seja economicamente inviável. Já a redução catalítica da xilose oferece altos rendimentos, mas sofre desvantagens em razão de extensas etapas de purificação intermediárias e enormes requisitos de energia, principalmente, o que torna o processo global muito caro. As desvantagens no método convencional de produção de xilitol e o crescimento do mercado ao longo dos últimos anos têm motivado a busca por vias alternativas de obtenção desse produto. Um dos processos mais atrativos é a via microbiológica, que utiliza microrganismos (leveduras, bactérias e fungos filamentosos) com capacidade de assimilar e fermentar xilose. A xilose é obtida por meio de métodos de tratamento de materiais lignocelulósicos, como a hidrólise. O bagaço de cana de açúcar configura-se como um resíduo lignocelulósico altamente produzido no Brasil em decorrência da intensa atividade sucroalcooleira, podendo ser aproveitado na produção de xilitol. Tendo isso em vista, este trabalho objetivou simular e avaliar a produção de xilitol (em batelada) por via fermentativa utilizando o Scilab, um software livre para computação numérica. Isso foi possível através da definição de uma cinética para consumo de substrato (xilose), crescimento de células (levedura) e acumulação de produto (xilitol) e da resolução do sistema de equações diferenciais ordinárias resultante. O modelo cinético utilizado foi proposto por Mohamad et al. (2016) no estudo da produção de xilitol por fermentação de solução de xilose por Candida tropicalis e mostrou-se adequado a esse processo. A simulação dos dados obtidos por Arruda (2011) na fermentação do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar destoxificado por Candida guilliermondii resultou em uma série de divergências entre os valores experimentais e os previstos pelo modelo matemático. O modelo cinético ajustou-se somente ao início do processo fermentativo, mas se mostrou promissor na predição da formação de xilitol a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Estudos apontam que esse processo representa uma alternativa satisfatória para obtenção de xilitol, ainda necessitando, porém, de um melhor entendimento.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Química - EQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessxilitolxylitolsimulaçãoSimulationfermentaçãofermentationsugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysatehidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcarENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICASimulação da produção de xilitol por via fermentativa a partir do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar utilizando o software livre ScilabSimulation of fermentative xylitol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate using free software Scilabinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis6006001ecbe8f3-8aa9-4ce7-ae79-fd37ef799cd6reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTG_FINAL_Laís.pdfTG_FINAL_Laís.pdfapplication/pdf1331181https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14611/1/TG_FINAL_La%c3%ads.pdf82bf851d899104523ad44d47731eed1aMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14611/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTTG_FINAL_Laís.pdf.txtTG_FINAL_Laís.pdf.txtExtracted texttext/plain114058https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14611/3/TG_FINAL_La%c3%ads.pdf.txt9ea6eab873b4b58001224bcad4aac8faMD53THUMBNAILTG_FINAL_Laís.pdf.jpgTG_FINAL_Laís.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7562https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14611/4/TG_FINAL_La%c3%ads.pdf.jpg1a048c9e221e8cc6498cc5a866848872MD54ufscar/146112023-09-18 18:32:13.339oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14611Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:13Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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Xylitol is a five-carbon polyalcohol presented in many fruits and vegetables, as well as yeasts, lichens and mushrooms. It is a white crystalline powder and odorless sweetener. Compared to sucrose, it has similar sweetness and reduced caloric value, besides being independent of insulin for its metabolizing, so it is tolerated by diabetics. Xylitol can be obtained by solid-liquid extraction, chemical reduction of xylose and biotechnological conversion of xylose. The low concentration of naturally occurring xylitol (less than 0.9 g/100 g) makes solid-liquid extraction process economically impracticable. The catalytic reduction of xylose offers high yields, but suffers disadvantages mainly due to extensive intermediate purification steps and huge energy requirements, which makes the overall process very expensive. The disadvantages in the conventional method of xylitol production and the market growth over the last years have motivated researches looking for alternative ways of obtaining this product. One of the most attractive processes is microbiological route, which uses microorganisms (yeasts, bacteria and filamentous fungi) with capacity to assimilate and ferment xylose. Xylose is obtained by treating methods of lignocellulosic materials, such as hydrolysis. Sugarcane bagasse is a highly lignocellulosic residue produced in Brazil as a result of the intense sugar-alcoholic activity and it can be used in xylitol production. Thus, this study aimed to simulate and evaluate batch production of xylitol by fermentation using Scilab, a free software for numerical computation. This was possible by defining kinetics for substrate consumption (xylose), cell growth (yeast) and product accumulation (xylitol) and by resolution of the ordinary differential equations resulting system. The kinetic model used was proposed by Mohamad et al. (2016) in the study of xylitol production by fermentation of pure xylose by Candida tropicalis and was suitable to this process. The simulation of data obtained by Arruda (2011) in the fermentation of detoxified hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse by Candida guilliermondii resulted in many divergences between experimental values and those predicted by the mathematical model. The kinetic model was suitable only at the beginning of the fermentation process, but it is promising in the prediction of xylitol formation from hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse. Studies indicate that this process is a satisfactory alternative for xylitol obtaining, but still needs a better understanding. |
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