Utilização da biomassa da palma forrageira em biorrefinarias : investigação sobre o fracionamento e transformação dos carboidratos por rota bioquímica
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/41529 |
Resumo: | A palma é uma forrageira totalmente adaptada às condições do semiárido, que representa grande parte da área da Região Nordeste, e têm contribuição significativa para a alimentação de rebanhos nesta região em períodos de estiagens. A palma, no entanto, tem um grande potencial para a diversificação de usos, e podem, em princípio, ser utilizadas como matéria-prima em biorrefinarias. Este trabalho tem como objetivo contribuir para o estudo do fracionamento da biomassa de cladódios de palma forrageira para a obtenção de bioprodutos. Inicialmente, foi realizada a caracterização da composição química das duas espécies de palma O. ficus-indica (palma gigante) e O. cochenillifera (palma miúda) pela adaptação de método utilizado rotineiramente para a caracterização de biomassas lignocelulósicas. Os resultados de composição química para O. ficus-indica e O. cochenillifera foram, respectivamente (%): celulose (12,70 ± 0,01 e 22,19 ± 0,01); hemicelulose (5,14 ± 0,01 e 3,63 ± 0,01); pectina (33,40 ± 0,05 e 46,46 ± 0,04); lignina total (18,30 ± 1,00 e 7,54 ± 0,02); extrativos (16,31 ± 0,8 e 5,22 ± 0,05); e cinzas (9,50 ± 0,20 e 5,30 ± 0,30). Em seguida, foi realizado o fracionamento da biomassa em escala de bancada em 4 etapas: (1) extração aquosa, para a separação do material péctico; (2) hidrólise ácida do material lignocelulósico, para a hidrólise da hemicelulose; (3) tratamento alcalino da celulignina, para a obtenção de lignina; (4) tratamento enzimático para a hidrólise da celulose. As composições química e morfológica dos sólidos (obtidos em cada etapa do fracionamento) foram determinadas por métodos espectroscópicos e cromatográficos. Também, foram caracterizadas as frações pécticas insolúvel e solúvel (precipitadas em etanol) e as ligninas (precipitadas em H2SO4) presentes nas frações líquidas. As conversões enzimáticas da celulose com enzimas comerciais, para ambas as espécies, ficaram em torno de 50% após 60 horas. Em geral, as pectinas dos cladódios de ambas as espécies apresentaram baixos teores de esterificação (<50%) e baixos pesos moleculares. As pectinas solúvel e insolúvel de O. ficus-indica se apresentaram mais esterificadas (48,79% e 46,69%) e de menores pesos moleculares (17±0,1 kDa e 21±0,1 kDa) do que as de O. cochenillifera (44,17% e 42,34%; 25±0,3 kDa e 27,02± kDa). Como esperado, essas moléculas não apresentaram toxicidade frente a células animais e baixa atividade antioxidante. As ligninas são do tipo GSH e são estruturalmente semelhantes; cladódios de O. ficus-indica e O. cochenillifera apresentam, respectivamente, em sua composição: G (44% e 45%), S (37% e 19%) e H (40% e 15%). Além disso, as ligninas apresentaram atividade antioxidante e atividade imunoestimulatória em células animais. Finalmente, o extrato aquoso (obtido na etapa 1 do fracionamento) foi utilizado para avaliar o crescimento de linhagem de Saccharomyces cerevisiae probiótica, e o hidrolisado ácido (obtido na etapa 2) foi utilizado para investigação sobre a produção de enzimas (pectinolítica, xilanolítica e celulolítica) por Aspergillus awamori. A linhagem de S. cerevisiae não foi capaz de utilizar a pectina como substrato. O hidrolisado ácido de O. cochenillifera induziu a maior produção de enzimas xilanolíticas pelo A. awamori. Sendo assim, a palma forrageira é uma matéria-prima promissora para ser utilizada em biorrefinarias. |
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CRUZ FILHO, Iranildo José dahttp://lattes.cnpq.br/8259500308279219http://lattes.cnpq.br/8393707689368881SOUTO MAIOR, Ana Maria2021-11-05T16:09:30Z2021-11-05T16:09:30Z2021-02-24CRUZ FILHO, Iranildo José da. Utilização da biomassa da palma forrageira em biorrefinarias: investigação sobre o fracionamento e transformação dos carboidratos por rota bioquímica. 2021. Tese (Doutorado em Biotecnologia) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2021.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/41529A palma é uma forrageira totalmente adaptada às condições do semiárido, que representa grande parte da área da Região Nordeste, e têm contribuição significativa para a alimentação de rebanhos nesta região em períodos de estiagens. A palma, no entanto, tem um grande potencial para a diversificação de usos, e podem, em princípio, ser utilizadas como matéria-prima em biorrefinarias. Este trabalho tem como objetivo contribuir para o estudo do fracionamento da biomassa de cladódios de palma forrageira para a obtenção de bioprodutos. Inicialmente, foi realizada a caracterização da composição química das duas espécies de palma O. ficus-indica (palma gigante) e O. cochenillifera (palma miúda) pela adaptação de método utilizado rotineiramente para a caracterização de biomassas lignocelulósicas. Os resultados de composição química para O. ficus-indica e O. cochenillifera foram, respectivamente (%): celulose (12,70 ± 0,01 e 22,19 ± 0,01); hemicelulose (5,14 ± 0,01 e 3,63 ± 0,01); pectina (33,40 ± 0,05 e 46,46 ± 0,04); lignina total (18,30 ± 1,00 e 7,54 ± 0,02); extrativos (16,31 ± 0,8 e 5,22 ± 0,05); e cinzas (9,50 ± 0,20 e 5,30 ± 0,30). Em seguida, foi realizado o fracionamento da biomassa em escala de bancada em 4 etapas: (1) extração aquosa, para a separação do material péctico; (2) hidrólise ácida do material lignocelulósico, para a hidrólise da hemicelulose; (3) tratamento alcalino da celulignina, para a obtenção de lignina; (4) tratamento enzimático para a hidrólise da celulose. As composições química e morfológica dos sólidos (obtidos em cada etapa do fracionamento) foram determinadas por métodos espectroscópicos e cromatográficos. Também, foram caracterizadas as frações pécticas insolúvel e solúvel (precipitadas em etanol) e as ligninas (precipitadas em H2SO4) presentes nas frações líquidas. As conversões enzimáticas da celulose com enzimas comerciais, para ambas as espécies, ficaram em torno de 50% após 60 horas. Em geral, as pectinas dos cladódios de ambas as espécies apresentaram baixos teores de esterificação (<50%) e baixos pesos moleculares. As pectinas solúvel e insolúvel de O. ficus-indica se apresentaram mais esterificadas (48,79% e 46,69%) e de menores pesos moleculares (17±0,1 kDa e 21±0,1 kDa) do que as de O. cochenillifera (44,17% e 42,34%; 25±0,3 kDa e 27,02± kDa). Como esperado, essas moléculas não apresentaram toxicidade frente a células animais e baixa atividade antioxidante. As ligninas são do tipo GSH e são estruturalmente semelhantes; cladódios de O. ficus-indica e O. cochenillifera apresentam, respectivamente, em sua composição: G (44% e 45%), S (37% e 19%) e H (40% e 15%). Além disso, as ligninas apresentaram atividade antioxidante e atividade imunoestimulatória em células animais. Finalmente, o extrato aquoso (obtido na etapa 1 do fracionamento) foi utilizado para avaliar o crescimento de linhagem de Saccharomyces cerevisiae probiótica, e o hidrolisado ácido (obtido na etapa 2) foi utilizado para investigação sobre a produção de enzimas (pectinolítica, xilanolítica e celulolítica) por Aspergillus awamori. A linhagem de S. cerevisiae não foi capaz de utilizar a pectina como substrato. O hidrolisado ácido de O. cochenillifera induziu a maior produção de enzimas xilanolíticas pelo A. awamori. Sendo assim, a palma forrageira é uma matéria-prima promissora para ser utilizada em biorrefinarias.CAPESThe palm is a forage totally adapted to the conditions of the semiarid, which represents a large part of the area of the Northeast Region and has a significant contribution to the feeding of herds in this region during periods of drought. The palm, however, has great potential for diversifying uses, and can, in principle, be used as a raw material in biorefineries. This work aims to contribute to the study of the fractionation of the biomass of forage palm cladodes to obtain bioproducts. Initially, the chemical composition of the two palm species O. ficus-indica and O. cochenillifera was characterized by adapting the method routinely used to characterize lignocellulosic materials. The results of chemical composition for O. ficus-indica and O. cochenillifera were, respectively (%): cellulose (12.70 ± 0.01 and 22.19 ± 0.01); hemicellulose (5.14 ± 0.01 and 3.63 ± 0.01); pectin (33.40 ± 0.05 and 46.46 ± 0.04); total lignin (18.30 ± 1.00 and 7.54 ± 0.02); extractives (16.31 ± 0.8 and 5.22 ± 0.05); and ashes (9.50 ± 0.20 and 5.30 ± 0.30). Then, the biomass was fractionated on bench scale in 4 stages: (1) aqueous extraction, for the separation of the pectic material; (2) acid hydrolysis of the lignocellulosic material, for the hydrolysis of hemicellulose; (3) alkaline treatment of cellulignin, to obtain lignin; (4) enzymatic treatment for cellulose hydrolysis. The chemical and morphological compositions of the solid fractions (obtained at each stage of fractionation) were determined by spectroscopic and chromatographic methods. Also, insoluble and soluble pectins (precipitated in ethanol) and lignins (precipitated in H2SO4) present in the liquid fractions were characterized. The enzymatic conversions of cellulose with commercial enzymes, for both species, were around 50% after 60 hours. In general, the pectins of the cladodes of both species showed low levels of esterification (<50%) and low molecular weights. The soluble and insoluble pectins of O. ficus-indica were more esterified (48.79% and 46.69%) and of lower molecular weights (17 ± 0.1 kDa and 21 ± 0.1 kDa) than those of O. cochenillifera (44.17% and 42.34%; 25 ± 0.3 kDa and 27.02 ± kDa). As expected, these molecules showed no toxicity to animal cells and low antioxidant activity. Lignins are of the GSH type and are structurally similar; cladodes of O. ficus-indica and O. cochenillifera have, respectively, in their composition: G (44% and 45%), S (37% and 19%) and H (40% and 15%). In addition, lignins showed antioxidant and immunostimulatory activity in animal cells. Finally, the aqueous extract (obtained in step 1 of fractionation) was used to evaluate the growth of a probiotic strain of Saccharomyces cerevisiae, and the acid hydrolyzate (obtained in step 2) was used to investigate the production of enzymes (pectinolytic, xylanolitic and cellulolytic) by Aspergillus awamori. S. cerevisiae strain was not able to use pectin as a substrate. The acid hydrolyzate of O. cochenillifera induced the highest production of xylanolitic enzymes by A. awamori. Thus, forage palm is a promising raw material to be used in biorefineries.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pós Graduação Rede Nordeste de Biotecnologia - RENORBIOUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessBioenergiaPalma forrageiraRecursos naturais renováveisUtilização da biomassa da palma forrageira em biorrefinarias : investigação sobre o fracionamento e transformação dos carboidratos por rota bioquímicainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Iranildo José da Cruz Filho.pdfTESE Iranildo José da Cruz Filho.pdfapplication/pdf3877055https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41529/1/TESE%20Iranildo%20Jos%c3%a9%20da%20Cruz%20Filho.pdf0571d9c3d91f0c3e223926c4e35d5417MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41529/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81908https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41529/3/license.txtc59d330e2c454f71974f5866a0e8a96aMD53TEXTTESE Iranildo José da Cruz Filho.pdf.txtTESE Iranildo José da Cruz Filho.pdf.txtExtracted texttext/plain306775https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41529/4/TESE%20Iranildo%20Jos%c3%a9%20da%20Cruz%20Filho.pdf.txt4b58246491847bceb77861b2632beb9eMD54THUMBNAILTESE Iranildo José da Cruz Filho.pdf.jpgTESE Iranildo José da Cruz Filho.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1207https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/41529/5/TESE%20Iranildo%20Jos%c3%a9%20da%20Cruz%20Filho.pdf.jpg0884a8a2280a478d14ee2de42c934563MD55123456789/415292021-11-06 02:12:09.604oai:repositorio.ufpe.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212021-11-06T05:12:09Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false |
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