Processo biotecnológico de produção de edulcorantes a partir do hidrolisado do sisal (Agave sisalana)
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19305 |
Resumo: | Concern about the amount of waste generated by industries and the commitments made to the environment has aroused a growing interest in the use of alternative energy sources for the generation of sweeteners, such as arabitol and xylitol. In this context, sisal bagasse has been considered promising biomass to meet demand sustainably. Therefore, the objective of this research was to study the biotechnological production of sweeteners using sisal bagasse hydrolyzed liquor (Agave sisalana) as substrate and as fermentation agents Candida guilliermondii and Debaryomyces hansenii yeasts, species capable of metabolizing arabinose and xylose. The sisal bagasse was washed, dried, ground and characterized. Then, a 23 + 3 central points factorial design was performed to verify the influence of the variables: temperature, bagasse/dilute acid ratio and acid concentration on the release of pentoses from hydrolysed liquors. After hydrolysis the liquor in the best concentration (0.001 gL-1 glucose, 2.86 gL-1 xylose and 1.14 gL-1 arabinose) was subjected to fermentation prepared in erlenmeyer flasks with 400 ml of hydrolyzed liquor medium, stirred at 200 rpm, 30 °C from 0 to 120 h using D. hansenii CCT 2371 yeast. Characterization of the lignocellulosic composition showed the presence of 18.28% cellulose, 14.80% hemicellulose and 29.42% lignin. It has been found that the acid treatment liquor should operate under conditions of temperature, acid concentration and bagasse/dilute acid ratio at level -1 (110 °C, 1.5% and 1:12 respectively). The fermentation of sisal bagasse hydrolyzate obtained 100% substrate consumption (arabinose and xylose), 0.9913 g.g-1 of theoretical yield of conversion of arabinose to arabitol and 0.0387 g.g-1 of xylose to xylitol and volumetric productivity. 0.0095 g·L-1·h-1 for arabitol and 0.0009 g·L-1·h-1 for xylitol. The maximum production of arabitol was obtained with 96 h of fermentation, while for xylitol with 120 hours. Thus, sisal bagasse presented considerable quantities of lignocellulosic compounds, demonstrating its potential as raw material in obtaining fermentable sugars. Structural chemical analyzes performed demonstrated the efficiency of the hydrolysis process. Debaryomyces hansenii yeast was able to obtain high values of arabitol production in sisal bagasse hydrolyzed medium, adding economic value to sisal bagasse and reducing the environmental impact |
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Processo biotecnológico de produção de edulcorantes a partir do hidrolisado do sisal (Agave sisalana)Debarymomyces hanseniiCandida guilliermondiiBioprodutosPlanejamento experimental fatorialFermentaçãoPolióisDebarymomyces hanseniiCandida guilliermondiiBioproductsFactorial experimental designFermentationPolyolsCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOSConcern about the amount of waste generated by industries and the commitments made to the environment has aroused a growing interest in the use of alternative energy sources for the generation of sweeteners, such as arabitol and xylitol. In this context, sisal bagasse has been considered promising biomass to meet demand sustainably. Therefore, the objective of this research was to study the biotechnological production of sweeteners using sisal bagasse hydrolyzed liquor (Agave sisalana) as substrate and as fermentation agents Candida guilliermondii and Debaryomyces hansenii yeasts, species capable of metabolizing arabinose and xylose. The sisal bagasse was washed, dried, ground and characterized. Then, a 23 + 3 central points factorial design was performed to verify the influence of the variables: temperature, bagasse/dilute acid ratio and acid concentration on the release of pentoses from hydrolysed liquors. After hydrolysis the liquor in the best concentration (0.001 gL-1 glucose, 2.86 gL-1 xylose and 1.14 gL-1 arabinose) was subjected to fermentation prepared in erlenmeyer flasks with 400 ml of hydrolyzed liquor medium, stirred at 200 rpm, 30 °C from 0 to 120 h using D. hansenii CCT 2371 yeast. Characterization of the lignocellulosic composition showed the presence of 18.28% cellulose, 14.80% hemicellulose and 29.42% lignin. It has been found that the acid treatment liquor should operate under conditions of temperature, acid concentration and bagasse/dilute acid ratio at level -1 (110 °C, 1.5% and 1:12 respectively). The fermentation of sisal bagasse hydrolyzate obtained 100% substrate consumption (arabinose and xylose), 0.9913 g.g-1 of theoretical yield of conversion of arabinose to arabitol and 0.0387 g.g-1 of xylose to xylitol and volumetric productivity. 0.0095 g·L-1·h-1 for arabitol and 0.0009 g·L-1·h-1 for xylitol. The maximum production of arabitol was obtained with 96 h of fermentation, while for xylitol with 120 hours. Thus, sisal bagasse presented considerable quantities of lignocellulosic compounds, demonstrating its potential as raw material in obtaining fermentable sugars. Structural chemical analyzes performed demonstrated the efficiency of the hydrolysis process. Debaryomyces hansenii yeast was able to obtain high values of arabitol production in sisal bagasse hydrolyzed medium, adding economic value to sisal bagasse and reducing the environmental impactCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA preocupação com a quantidade de resíduos gerados pelas indústrias e os compromissos assumidos com o meio ambiente tem despertado um crescente interesse pela utilização de fontes alternativas de energia para geração de edulcorantes, como arabitol e xilitol. Neste contexto, o bagaço do sisal tem sido considerado biomassa promissora para atender à demanda de forma sustentável. Em vista disso, o objetivo da pesquisa foi estudar a produção biotecnológica de edulcorantes utilizando o licor hidrolisado do bagaço do sisal (Agave sisalana) como substrato e como agentes de fermentação as leveduras Candida guilliermondii e Debaryomyces hansenii, espécies capazes de metabolizarem arabinose e xilose. O bagaço do sisal foi lavado, seco, moído e caracterizado. Em seguida, realizou-se um planejamento experimental fatorial 23 + 3 pontos centrais com o intuito de verificar as influências das variáveis: temperatura, proporção bagaço/ácido diluído e concentração do ácido na liberação de pentoses dos licores hidrolisados. Após hidrólise o licor na melhor concentração (0,001 g.L-1 de glicose, 2,86 g.L-1 xilose e 1,14 g.L-1 de arabinose) foi submetido a fermentação preparado em frascos de erlenmeyer com 400 mL do meio com licor hidrolisado, agitados a 200 rpm, 30 °C de 0 a 120 h, utilizando-se a levedura D. hansenii CCT 2371. A caracterização da composição lignocelulósica mostrou a presença de 18,28% de celulose, 14,80% de hemicelulose e 29,42% de lignina. Verificou-se que o licor do tratamento ácido deve operar sob condições de temperatura, concentração de ácido e proporção bagaço/ácido diluído ao nível -1 (110 °C, 1,5% e 1:12 respectivamente). O fermentado do hidrolisado do bagaço do sisal obteve 100% de consumo de substrato (arabinose e xilose), 0,9913 g.g-1 de rendimento teórico de conversão de arabinose em arabitol e 0,0387 g.g-1 de xilose em xilitol e produtividade volumétrica 0,0095 g·L-1·h-1para o arabitol e 0,0009 g·L-1·h-1 para o xilitol. A máxima produção de arabitol foi obtida com 96 h de fermentação, já para o xilitol com 120 horas. Desse modo, o bagaço de sisal apresentou quantidades consideráveis de compostos lignocelulósicos, demonstrando seu potencial da matéria-prima na obtenção de açúcares fermentescíveis. Análises químicas estruturais realizadas demonstraram a eficiência do processo de hidrólise. A levedura Debaryomyces hansenii foi capaz de obter altos valores de produção de arabitol em meio hidrolisado de bagaço de sisal, agregando valor econômico ao bagaço de sisal e reduzindo o impacto ambientalUniversidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de AlimentosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de AlimentosUFPBSilva, Flávio Luiz Honorato dahttp://lattes.cnpq.br/2082780006180637Conceição, Marta Maria dahttp://lattes.cnpq.br/3141068978315035Medeiros, Lorena Lucena de2021-02-07T22:11:26Z2020-03-072021-02-07T22:11:26Z2019-03-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19305porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2021-08-16T14:33:53Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/19305Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2021-08-16T14:33:53Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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