Otimização da extração de lipídios da microalga Scenedesmus obliquus com acetato de etila

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Autor(a) principal: Ferreira, Isabela Nascimento Tavares
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: LOCUS Repositório Institucional da UFV
Texto Completo: https://locus.ufv.br//handle/123456789/28203
Resumo: As microalgas são organismos unicelulares que possuem a capacidade de armazenar lipídios, despertando interesse para a produção de biodiesel motivando o desenvolvimento de inúmeras pesquisas. Para viabilizar a produção de biocombustíveis de microalgas em escala industrial, um dos impasses é o desenvolvimento de uma rota energeticamente eficiente que maximize a extração de óleo da biomassa úmida e sua conversão a biodiesel. Esse estudo teve por objetivo determinar os dados de equilíbrio do sistema de extração de lipídios de Scenedesmus obliquus BR003, composto por um óleo modelo (homólogo ao da microalga), acetato de etila e água. A seletividade da extração do óleo de microalgas foi calculada a partir dos valores de coeficiente de partição para ácidos graxos livres (AGL) e para lipídios neutros (LN), que foram obtidos nas temperaturas de 25, 35 e 45 °C e nos teores de acidez de 2, 20 e 40 % AGL. O estudo de otimização foi realizado visando à seleção da condição operacional na qual fosse obtido o maior rendimento em óleo extraído, utilizando de forma conjunta os valores de coeficiente de partição, número de estágios de extração em batelada, volumes relativos das fases extrato e rafinado e menor o consumo de energia empregada para recuperação dos solventes. A comparação do desempenho da extração de óleo da biomassa úmida (suspensão aquosa com 10 % de sólidos) foi realizada com as misturas solventes clorofórmio: metanol (1:2 v/v) e hexano: etanol (1:1 v/v). A temperatura da extração e a acidez do óleo influenciam a equilíbrio de fases e, consequentemente, a curva binodal. Os valores de seletividade indicaram que o uso do acetato de etila como solvente favoreceu a concentração de AGL e dos lipídios neutros (LN) na fase rica em acetato de etila (superior). O aumento da acidez inicial do óleo diminuiu o coeficiente de partição dos lipídios neutros e aumentou a seletividade. Os valores de seletividade nos sistemas contendo óleo bruto de S. obliquus apresentaram valores inferiores aos do óleo modelo, em decorrência da diminuição dos coeficientes de partição do AGL e do lipídio neutro nesses sistemas, comportamento justificado pela complexidade da composição do óleo de microalgas. Em relação ao estudo de otimização, verificou-se que 1 h de extração é suficiente para atingir o equilíbrio de fases e sua separação por solubilidade. Resultados do teste de carga e de temperatura indicaram que 25 °C e razão acetato de etila: suspensão aquosa com 1 % (m/m) de óleo igual a 1:10 em volume são as condições mais favoráveis a extração. O desempenho da extração de óleo da microalga com acetato de etila foi comparado com misturas de solventes clorofórmio: metanol (2:1 v/v), que resultou em maior rendimento já no primeiro estágio, enquanto que o acetato de etila e hexano: etanol (1:1 v/v) resultaram no mesmo rendimento acumulado em dois estágios de extração. Uma análise comparativa de um processo de extração de óleo da biomassa em dois estágios foi realizada para o acetato de etila e as misturas de clorofórmio: metanol e hexano:etanol, considerando a recuperação dos solventes com afinidade pela fase aquosa (rafinado), como etanol e metanol. Por meio dos resultados dos balanços de massa e energia, verificou-se que o consumo de energia é fortemente dependente da recuperação dos solventes polares na fase aquosa, o que viabiliza o uso do acetato de etila, que não requer recuperação devido à sua baixa solubilidade em água. Adicionalmente, destaca-se que o uso do acetato de etila confere um caráter sustentável ao processo de extração e óleo, visto que não se utiliza solventes tóxicos e não renováveis, como metanol, hexano e clorofórmio. Palavras-chave: Microalgas. Scenedesmus obliquus. Extração líquido-líquido. Dados de Equilíbrio. Otimização.
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spelling Souza, Rita de Cássia Superbi deFerreira, Isabela Nascimento Tavareshttp://lattes.cnpq.br/6993848245879134Martins, Marcio Arêdes2021-09-03T20:27:53Z2021-09-03T20:27:53Z2021-05-14FERREIRA, Isabela Nascimento Tavares. Otimização da extração de lipídios da microalga Scenedesmus obliquus com acetato de etila. 2021. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2021.https://locus.ufv.br//handle/123456789/28203As microalgas são organismos unicelulares que possuem a capacidade de armazenar lipídios, despertando interesse para a produção de biodiesel motivando o desenvolvimento de inúmeras pesquisas. Para viabilizar a produção de biocombustíveis de microalgas em escala industrial, um dos impasses é o desenvolvimento de uma rota energeticamente eficiente que maximize a extração de óleo da biomassa úmida e sua conversão a biodiesel. Esse estudo teve por objetivo determinar os dados de equilíbrio do sistema de extração de lipídios de Scenedesmus obliquus BR003, composto por um óleo modelo (homólogo ao da microalga), acetato de etila e água. A seletividade da extração do óleo de microalgas foi calculada a partir dos valores de coeficiente de partição para ácidos graxos livres (AGL) e para lipídios neutros (LN), que foram obtidos nas temperaturas de 25, 35 e 45 °C e nos teores de acidez de 2, 20 e 40 % AGL. O estudo de otimização foi realizado visando à seleção da condição operacional na qual fosse obtido o maior rendimento em óleo extraído, utilizando de forma conjunta os valores de coeficiente de partição, número de estágios de extração em batelada, volumes relativos das fases extrato e rafinado e menor o consumo de energia empregada para recuperação dos solventes. 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Em relação ao estudo de otimização, verificou-se que 1 h de extração é suficiente para atingir o equilíbrio de fases e sua separação por solubilidade. Resultados do teste de carga e de temperatura indicaram que 25 °C e razão acetato de etila: suspensão aquosa com 1 % (m/m) de óleo igual a 1:10 em volume são as condições mais favoráveis a extração. O desempenho da extração de óleo da microalga com acetato de etila foi comparado com misturas de solventes clorofórmio: metanol (2:1 v/v), que resultou em maior rendimento já no primeiro estágio, enquanto que o acetato de etila e hexano: etanol (1:1 v/v) resultaram no mesmo rendimento acumulado em dois estágios de extração. Uma análise comparativa de um processo de extração de óleo da biomassa em dois estágios foi realizada para o acetato de etila e as misturas de clorofórmio: metanol e hexano:etanol, considerando a recuperação dos solventes com afinidade pela fase aquosa (rafinado), como etanol e metanol. Por meio dos resultados dos balanços de massa e energia, verificou-se que o consumo de energia é fortemente dependente da recuperação dos solventes polares na fase aquosa, o que viabiliza o uso do acetato de etila, que não requer recuperação devido à sua baixa solubilidade em água. Adicionalmente, destaca-se que o uso do acetato de etila confere um caráter sustentável ao processo de extração e óleo, visto que não se utiliza solventes tóxicos e não renováveis, como metanol, hexano e clorofórmio. Palavras-chave: Microalgas. Scenedesmus obliquus. Extração líquido-líquido. Dados de Equilíbrio. Otimização.Microalgae are single-celled organisms that have the ability to store lipids, arousing interest for biodiesel production, motivating the development of numerous researches. To enable the production of microalgae biofuels on an industrial scale, one of the impasses is the development of an energy-efficient route that maximizes the extraction of oil from wet biomass and its conversion to biodiesel. This study aimed to determine the equilibrium data of the lipid extraction system of Scenedesmus obliquus BR003, composed of a model oil (homologue to microalgae), ethyl acetate and water. The selectivity of microalgae oil extraction was calculated from the values of partition coefficient for free fatty acids (FFA) and neutral lipids (NL), which were obtained at temperatures of 25, 35 and 45 °C and at the acidity contents of 2, 20 and 40 % AGL. The optimization study was carried out aiming at the selection of the operational condition in which the highest yield in extracted oil was obtained, using jointly the values of partition coefficient, number of batch extraction stages, relative volumes of extract and rafinado phases and lower energy consumption used for solvent recovery. The comparison of the oil extraction performance of wet biomass (aqueous suspension with 10 % solids) was performed with the chloroform solvent mixtures: methanol (1:2 v/v) and hexane: ethanol (1:1 v/v). The extraction temperature and acidity of the oil influence the equilibrium of phases and, consequently, the binodal curve. Selectivity values indicated that the use of ethyl acetate as a solvent favored the concentration of FFA and neutral lipids (NL) in the phase rich in ethyl acetate (superior). The increase in the initial acidity of the oil decreased the partition coefficient of neutral lipids and increased selectivity. The selectivity values in the systems containing crude oil of S. obliquus presented values lower than those of the model oil, due to the decrease in the partition coefficients of the FFA and the neutral lipid in these systems, behavior justified by the complexity of the composition of microalgae oil. In relation to the optimization study, it was found that 1 h of extraction is sufficient to achieve the equilibrium of phases and their separation by solubility. Load and temperature test results indicated that 25 °C and ethyl acetate ratio: aqueous suspension with 1 % (m/m) of oil equal to 1:10 in volume are the most favorable conditions for extraction. The performance of the extraction of oil from the microalgae with ethyl acetate was compared with mixtures of chloroform solvents: methanol (2:1 v/v), which resulted in higher yield already in the first stage, while ethyl acetate and hexane: ethanol (1:1 v/v) resulted in the same yield accumulated in two stages of extraction. A comparative analysis of a two-stage biomass oil extraction process was performed for ethyl acetate and chloroform mixtures: methanol and hexane:ethanol, considering the recovery of solvents with affinity for the aqueous phase (rafinate), such as ethanol and methanol. Through the results of mass and energy balances, it was found that energy consumption is strongly dependent on the recovery of polar solvents in the aqueous phase, which enables the use of ethyl acetate, which does not require recovery due to its low solubility in water. Additionally, it is noteworthy that the use of ethyl acetate gives a sustainable character to the extraction process and oil, since toxic and non-renewable solvents such as methanol, hexane and chloroform are not used. Keywords: Microalgae. Scenedesmus obliquus. Liquid-liquid extraction. Equilibrium Diagrams. Optimization.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisporUniversidade Federal de ViçosaMicroalgasScenedesmus obliquusExtração por solventesEquilíbrio líquido-líquidoQuímicaOtimização da extração de lipídios da microalga Scenedesmus obliquus com acetato de etilaOptimization of lipid extraction of microalgae Scenedesmus obliquus with ethyl acetateinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisUniversidade Federal de ViçosaDepartamento de QuímicaMestre em Engenharia QuímicaViçosa - MG2021-05-14Mestradoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:LOCUS Repositório Institucional da UFVinstname:Universidade Federal de Viçosa (UFV)instacron:UFVORIGINALtexto completo.pdftexto completo.pdftexto completoapplication/pdf1767174https://locus.ufv.br//bitstream/123456789/28203/1/texto%20completo.pdf8af838e52452ca1082111707a93f689cMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://locus.ufv.br//bitstream/123456789/28203/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52123456789/282032021-09-03 17:31:01.13oai:locus.ufv.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://www.locus.ufv.br/oai/requestfabiojreis@ufv.bropendoar:21452021-09-03T20:31:01LOCUS Repositório Institucional da UFV - Universidade Federal de Viçosa (UFV)false
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