Toxicidade metanogênica da monensina sódica e beta-ácidos de lúpulo e seus efeitos na biodigestão anaeróbia da vinhaça no contexto da indústria sucroalcooleira brasileira

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: García, Oscar Daniel Valmaña
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122172
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Gilberto Martins
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spelling Toxicidade metanogênica da monensina sódica e beta-ácidos de lúpulo e seus efeitos na biodigestão anaeróbia da vinhaça no contexto da indústria sucroalcooleira brasileiraPOTENCIAL BIOQUÍMICO DE METANORELAÇÃO ALIMENTO-MICRORGANISMOATIVIDADE METANOGÊNICA ESPECÍFICAANTIBIÓTICOSINIBIÇÃOBIOCHEMICAL METHANOGENIC POTENTIALFOOD-TO-MICROORGANISM RATIOSPECIFIC METHANOGENIC ACTIVITYANTIBIOTICSINHIBITIONPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA - UFABCOrientador: Prof. Dr. Gilberto MartinsCoorientador: Prof. Dr. Felipe Eng SánchezTese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Energia, Santo André, 2021.A vinhaca destaca-se como um dos residuos mais importantes da producao de etanol na industria sucroalcooleira brasileira. Uma parte significativa da energia da cana-de-acucar ainda e negligenciada atraves da fertirrigacao, com o concomitante prejuizo ambiental. A biodigestao anaerobia se sobressai como uma alternativa que reduz a carga poluente, recupera a bioenergia em forma de biogas, e que se complementa com a fertirrigacao. A contaminacao bacteriana durante a fermentacao alcoolica e o uso de antibioticos para seu controle nas usinas, constituem desafios para o setor e a comunidade cientifica, levando em conta a propagacao das tecnologias de biodigestao anaerobia da vinhaca. Lacunas de informacao no ambito da identificacao e quantificacao de antibioticos na vinhaca e sobre os efeitos destes compostos na sua biodigestao desvendaram uma problematica cientifica pouco abordada. Na presente pesquisa foi avaliada a toxicidade metanogenica da monensina sodica e dos ¿À-acidos de lupulo e seus efeitos na biodigestao anaerobia da vinhaca. Mediante ensaios de toxicidade metanogenica foi determinada a perda de atividade metanogenica especifica do inoculo e a concentracao inibitoria de 50% (IC50) desta atividade em presenca dos diferentes antibioticos. Atraves de uma estrategia de planejamento experimental foi maximizado o potencial bioquimico de metano da vinhaca em funcao do pH, da concentracao de microrganismos e de alimento, e evitar assim a camuflagem dos efeitos dos antibioticos nos subsequentes ensaios de potencial bioquimico de metano da vinhaca dosada com a IC50. Com um pH 7,00 e uma relacao alimento/microrganismo entre 1,34 e 1,42, alcancou-se um maximo de 334 } 8,9 NmLCH4EgDQOs rem-1, embora estas condicoes otimas possam mudar com a origem e caracteristicas composicionais da vinhaca. A toxicidade dos antibioticos e a decorrente perturbacao do processo anaerobio foram diretamente proporcionais as doses testadas. A IC50 para ¿À-acidos de lupulo foi estimada em 9 mgEL-1 e para monensina em 1,5 mgEL-1. A partir da perda de atividade metanogenica e do acumulo dos acidos organicos volateis durante os ensaios de toxicidade, inferiu-se a inibicao seletiva direta e indireta de microrganismos acetogenicos sintroficos e metanogenicos. Nos ensaios de potencial com vinhaca e a dose IC50 para cada antibiotico, apenas constatou-se a decomposicao do substrato em etapas multiplas e a reducao parcial e temporal da atividade metanogenica e da taxa de producao de metano. Apos 30 dias, foi verificada a recuperacao da atividade metanogenica, da remocao de materia organica e da producao de metano; portanto o potencial de metano teorico e otimizado foram atingidos com uma eficiencia superior a 90%. O comportamento denotou a tolerancia do microbioma e a reversibilidade dos efeitos inibitorios sobre o microbioma, que, segundo o desempenho dos acidos organicos volateis, foram considerados seletivos, diretos e indiretos. As respostas do processo anaerobio aos agentes toxicos foram similares e nao derivaram no colapso da biodigestao anaerobia da vinhaca. Acredita-se que o microbioma e menos sensivel a ¿À-acidos de lupulo do que a monensina e que o primeiro pode substituir ao ultimo durante a fermentacao alcoolica sem comprometer a viabilidade tecnica do tratamento anaerobio da vinhaca.Vinasse stands out as the most important residue of ethanol production in Brazil. A significant part of the energy from sugarcane is still neglected through fertirrigation, with the concomitant environmental risks. Anaerobic digestion stands out as an alternative that reduces the organic pollutant load, recovers bioenergy in the form of biogas, and which is compatible with fertirrigation. Bacterial contamination during alcoholic fermentation and the use of antibiotics to control it in the plants are challenges for the sector and for the scientific community, considering the dissemination of technologies for anaerobic digestion of vinasse. Information gaps in the scope of the identification and quantification of antibiotics in vinasse and about the effects of these compounds on its anaerobic digestion have unveiled a scientific problem that has not been frequently addressed. In the present research, the methanogenic toxicity of sodium monensin and hop â-acids and their effects on the anaerobic digestion of vinasse was evaluated. Through methanogenic toxicity assays, the loss of inoculum-specific methanogenic activity and the inhibitory concentration of 50% (IC50) of this activity in the presence of different antibiotics were determined. By means of an experimental design strategy, the biochemical potential of methane (BMP) in vinasse was maximized as a function of pH, concentration of microorganisms and food, thus avoiding the camouflage of the effects of antibiotics in the subsequent tests of biochemical potential of methane in vinasse dosed with the IC50. With a pH of 7.00 and a food/microorganism ratio between 1.34 and 1.42, a maximum of 334 ± 8.9 NmLCH4·gCODs rem-1 was reached, although these optimal conditions may vary with the origin and compositional characteristics of vinasse. The toxicity of the antibiotics and the resulting disturbance of the anaerobic process were directly proportional to the doses tested. The IC50 for hop â-acids was estimated at 9 mg·L-1 and for monensin at 1.5 mg·L-1. According to the loss of methanogenic activity and the accumulation of volatile organic acids during toxicity tests, the direct and indirect selective inhibition of syntrophic and methanogenic acetogenic microorganisms was inferred. In the BMP tests with vinasse and the IC50 dose for each antibiotic, only the decomposition of the substrate in multiple stages and the partial and temporal reduction of the methanogenic activity and the rate of methane production were observed. After 30 days, the recovery of the methanogenic activity, the removal of organic matter and the production of methane were verified; therefore, the theoretical and optimized methane potential were achieved with an efficiency of over 90%. The behavior denoted the tolerance of the microbiome and the reversibility of the inhibitory effects on the microbiome, which, according to the performance of volatile organic acids, were considered selective, direct, and indirect. The responses of the anaerobic process to toxic agents were similar and did not result in the collapse of the anaerobic digestion of vinasse. The results led us to infer that the microbiome is less sensitive to hop â-acids than to monensin and that the first can substitute the latter during alcoholic fermentation without risking the technical viability of the anaerobic process.Martins, GilbertoSánchez, Felipe EngRodrigues, José Alberto DominguesToneli, Juliana Tofano de Campos LeiteMoretto, Mercia Regina DominguesBenassi, Roseli FrederigiGarcía, Oscar Daniel Valmaña2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf417 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122172http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122172&midiaext=79343http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122172&midiaext=79344Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=122172porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-22T22:21:04Zoai:BDTD:122172Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-22T22:21:04Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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