Estudo de recuperação xilitol produzido por fermentação do hidrolisado de bagaço de cana-de-açucar utilizando zeolitas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Tihany Morita Antero dos
Data de Publicação: 2004
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1598762
Resumo: Orientador: Francisco Maugeri Filho
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spelling Estudo de recuperação xilitol produzido por fermentação do hidrolisado de bagaço de cana-de-açucar utilizando zeolitasStudy of the recovery of xilitol produced by fermentation of the hidrolisate one of bagasse of sugar cane-of-sugar using zeolitesXilitolFermentaçãoSeparação (Tecnologia)ZeolitosXilitolFermentationSeparation (Technology)ZeolitesOrientador: Francisco Maugeri FilhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: O xilitol é um açúcar-álcool com ampla utilização na indústria alimentícia, porém mesmo sendo numerosos os estudos sobre a sua produção a partir da fermentação de hidrolisados hemicelulósicos, poucos são os trabalhos que tratam da sua separação e purificação. O objetivo principal deste trabalho é, portanto, desenvolver uma metodologia de separação do xilitol dos compostos remanescentes no meio fermentado obtido por fermentação do hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar por Candida guilliermondii. Inicialmente, ensaios conduzidos com as zeólitas Na86X, Baylith 415 e Baylith WE 894 em diferentes formas catiônicas permitiram constatar a maior eficácia das zeólitas NaWE e BaWE na adsorção do xilitol e posteriormente, o uso de colunas de leito fixo empacotadas com estas duas zeólitas em diferentes granulometrias, a 30 e 50 ºC, revelou que a separação do xilitol foi superior com o uso da zeólita BaWE com partículas de 53-125 µm a 50 ºC. Estas condições foram empregadas na determinação da constante de equilíbrio deste composto usando a resposta a pulsos cromatográficos, sendo o valor obtido igual a 1,03. Os efeitos da temperatura, da velocidade superficial e da razão volume de pulso/volume de leito (Vp/Vl) sobre a separação do xilitol foram investigados através de análise estatística de experimentos delineados por um planejamento fatorial 23, que revelou que a condição mais favorável para separar o xilitol envolve o uso de temperatura de 80 ºC, velocidade superficial de 0,5 cm.min-1 e Vp/Vl igual a 0,2. O emprego de etanol e acetona em diferentes concentrações como eluentes permitiu concluir, após avaliação das eficiências obtidas e do custo dos mesmos, que o etanol a 30 % é o eluente mais adequado para ser utilizado na separação do xilitol. Após a determinação dos parâmetros de separação em meio sintético, iniciaram-se os testes com meio fermentado, obtido da fermentação de hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar com Candida guilliermondii. Dentre as metodologias empregadas na destoxificação deste meio, o uso de resinas de troca iônica foi o mais eficiente, permitindo obter maiores parâmetros fermentativos. A avaliação da separação do xilitol obtido por fermentação foi realizada variando-se o número de colunas e o volume do pulso e os melhores resultados foram obtidos utilizando-se 2 e 3 colunas de zeólita BaWE alimentadas com volume de pulso igual a 8 % do volume do leito. Apesar das eficiências de separação terem sido superiores com 3 colunas, verificou-se que a porcentagem de xilitol nas frações enriquecidas e a quantidade recuperada deste poliol foram somente ligeiramente superiores às obtidas em sistema com 2 colunas (0,5 e 2,1 % superiores, respectivamente). Além deste fato, o sistema de 2 colunas contribuiu para uma eluição mais rápida dos compostos e requereu menor volume de eluente. Estas observações permitiram concluir que dentre os sistemas experimentais avaliados, o composto por 2 colunas de zeólita BaWE com altura total de leito de 89 cm, alimentadas com volume de pulso igual a 8 % do volume do leito, a 80 ºC e 0,5 cm.min-1 conduziu a uma melhor separação do xilitol. Nestas condições obteve-se uma fração com 97,28 % de xilitol, 0,84 % de arabinose, 0,82 % de xilose e 0,54 % de arabitol e eficiências de separação de 3,17 e 2,72 com relação a arabinose e a xilose, respectivamenteAbstract: Xylitol is a sugar alcohol with large utilization in food industry. Nevertheless, although there are numerous studies on its production from the fermentation of hemicellulosic hydrolysates, there are few works dealing with its separation and purification. The principal aim of this work is, therefore, to develop a methodology for xylitol separation from the compounds remaining in the fermented medium, which was obtained by fermentation with Candida guilliermondii in sugar cane bagasse hydrolysate. Initially, assays were conducted with the zeolites Na86X, Baylith 415 and Baylith WE 894 in different cationic forms, which permitted us to observe a higher effectiveness of zeolites NaWE and BaWE in the xylitol adsorption, and later, the use of fixed bed columns packed with these two zeolites in different granulometries, at 30 and 50 ºC, revealed that the xylitol separation was better when 53-125 µm BaWE zeolite particles at 50 ºC were utilized. These conditions were also employed for determining the equilibrium constant of this compound using the chromatographic pulse response technique, the value obtained being equal to 1.03. The effects of temperature, superficial velocity and pulse volume/bed volume ratio (Vp/Vl) on the xylitol separation were investigated by means of statistical analysis of experiments described by a 23 factorial design, which showed that the most favorable conditions for this separation are: temperature of 80 ºC, superficial velocity of 0.5 cm.min-1 and Vp/Vl of 0.2. The use of ethanol and acetone at different concentrations as eluents enabled us to conclude, after an evaluation of their costs and of the efficiencies obtained, that ethanol at 30 % is the most suitable eluent for xylitol separation. After determining the parameters of separation in synthetic medium, tests were performed with fermented medium obtained from fermentation of sugar cane bagasse hydrolysate with Candida guilliermondii. Of the methodologies employed for detoxification of this medium, the use of ion-exchange resins proved the most effective, giving higher fermentative parameters. The separation of xylitol obtained from fermentation was evaluated by varying the number of columns and the pulse volume, the best results being attained with 2 and 3 columns of zeolite BaWE fed with a pulse volume equal to 8 % of bed volume. Although the separation efficiencies were enhanced by using 3 columns, it was observed that the amount of xylitol in the enriched fractions and its recovered amount were only slightly higher than those obtained using 2 columns (0.5 and 2.1 % higher, respectively). In addition, the 2-column system contributed to a more rapid elution of the compounds and required a lower eluent volume. It can therefore be concluded that, of the experimental systems that were evaluated, the one composed of two columns of zeolite BaWE with a bed 89 cm in total height and fed with a pulse volume equal to 8 % of bed volume, at 80 ºC and 0.5cm.min-1, led to a better xylitol separation. Under these conditions, the fraction obtained contained 97.28 % xylitol, 0.84 % arabinose, 0.82 % xylose and 0.54 % arabitol, and the efficiencies of xylitol separation from arabinose and xylose were 3.17 and 2.72 respectivelyDoutoradoEngenharia de AlimentosDoutor em Engenharia de Alimentos[s.n.]Maugeri Filho, Francisco, 1952-Santana, Cesar CostapintoKamimura, Eliana SetsukoSato, Helia HarumiAraujo, Maria Lucia Gonsales da CostaFelipe, Maria das Graças de AlmeidaRodrigues, Maria IsabelUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de AlimentosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de AlimentosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSantos, Tihany Morita Antero dos20042004-12-13T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf99p. : il.(Broch.)https://hdl.handle.net/20.500.12733/1598762SANTOS, Tihany Morita Antero dos. Estudo de recuperação xilitol produzido por fermentação do hidrolisado de bagaço de cana-de-açucar utilizando zeolitas. 2004. 99p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1598762. Acesso em: 2 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/327204porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T04:03:04Zoai::327204Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T04:03:04Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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