Desenvolvimento e otimização da produção de etanol de primeira e segunda geração a partir da batata-doce (Ipomoea batatas Lam. (L))

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dominices, Kallyana Moraes Carvalho, 1986-
Data de Publicação: 2017
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/20.500.12733/1632625
Resumo: Orientadores: Rubens Maciel Filho, Laura Plazas Tovar
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spelling Desenvolvimento e otimização da produção de etanol de primeira e segunda geração a partir da batata-doce (Ipomoea batatas Lam. (L))Development and optimization of the production of first and second generation ethanol from sweet potato (Ipomoea batatas Lam. (L))Batata-doceHidrólise ácidaHidrólise enzimáticaOtimizaçãoSweet potatoAcid hydrolysisEnzymatic hydrolysisOptimizationOrientadores: Rubens Maciel Filho, Laura Plazas TovarTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: A busca por fontes limpas e renováveis de energia tem levado ao desenvolvimento de novas tecnologias alternativas aos processos convencionais, tais como o uso dos biocombustíveis. Uma alternativa para a produção de etanol de primeira e segunda geração é o uso de fontes amiláceas e materiais lignocelulósicos como fontes de carbono barato, renovável e sustentável. Levando-se estes pontos em consideração, a batata-doce (Ipomoea batatas) tem sido considerada um substrato promissor para fermentação alcoólica, uma vez que apresenta elevados teores de amido, na faixa de 32 a 70%. As batatas-doces industriais desenvolvidas para a produção de bioenergia são selecionadas por seu maior teor de amido e melhores rendimentos de etanol, como o caso da cultivar `Duda¿. Com isso, o objetivo deste trabalho foi investigar, avaliar e otimizar a produção de etanol de primeira e segunda geração quando proveniente da raiz e das ramas da batata-doce, respectivamente. Para a obtenção de etanol de segunda geração foi realizado um estudo da hidrólise ácida das ramas da batata-doce, com variações nas cargas de sólido [10, 20 e 30% (m/m)], nas concentrações de ácido sulfúrico [1, 2 e 3% (m/v)], nos tempos (15, 30, 60 e 90 minutos) fixando a temperatura em 121°C. Após o estudo realizou-se a otimização utilizando a metodologia de superfície de resposta, obtendo como ponto ótimo as seguintes condições: carga de sólido: 22 % (m/m); concentração de ácido sulfúrico: 2,5% (m/v); tempo: 30 minutos na temperatura de 121°C. Para o estudo da produção de etanol de primeira geração utilizando as raízes da batata-doce, foi realizado um planejamento experimental visando a otimização da duas etapas da hidrólise enzimática, liquefação e sacarificação, avaliando carga de sólidos, dose de enzimas, temperatura e tempo. O ponto considerado ótimo para a etapa de liquefação foi carga de sólido: 15% (m/m), dose de ?-amilase: 0,76% (v/v), temperatura: 79 °C e tempo: 89 minutos. A partir deste foi realizado a otimização da etapa de sacarificação, definida pela condição: Dose de amiloglucosidase: 0,50% (v/v), temperatura: 50°C e tempo: 40 minutos. Nestas condições, obteve-se concentrações de 172,22 g/L de glicose, 21,04 g/L de sacarose, 53,59 g/L de frutose e 9,05 g/L de celobiose. Assim, foi possível observar a viabilidade da utilização da batata-doce para a produção de etanol de primeira e segunda geração, o que possibilitaria o incremento da produção de biocombustíveis a partir de fontes renováveis e sustentáveisAbstract: The demand for clean and renewable sources has stimulated the development of new technologies as alternative to the conventional processes, such as the biofuels production. The use of amylaceous sources and lignocellulosic materials appears as a promising alternative for the production of first (1G) and second (2G) generation ethanol due to their low cost and renewable and sustainable characteristics. In this context, the sweet potato (Ipomoea batatas) has been considered a potential substrate for the alcoholic fermentation since it presents high levels of starch, from 32 to 70%. Industrial sweet potatoes developed for the production of bioenergy are selected due to their higher level of starch and better yield of ethanol, such as the cultivar "Duda". Therefore, the aim of this work was to investigate, evaluate and optimize the production of 1G and 2G ethanol from root and branches of sweet potato, respectively. In order to obtain the 2G ethanol the acid hydrolysis of sweet potato branches was carried out varying the load of solids [10, 20 and 30% (w/w)], sulfuric acid concentration [1.0, 2.0 and 3.0% (w/v)] and time (15, 30, 60 and 90 min) at 121°C. Then, the experimental data were statistically investigated obtaining the optimized conditions of 22% (w/w) loading of solids, 2.5% (w/v) of sulfuric acid concentration and time of 30 min. For the production of 1G ethanol from sweet potato roots an experimental design was performed in order to obtain the optimization of two steps of enzymatic hydrolysis, liquefaction and saccharification, evaluating the load of solids, dose of enzymes, temperature and time. The optimized conditions for the liquefaction step were the following: 15% (w/w) load of solids, 0.76% (v/v) dose of ?-amylase, temperature of 79°C and time of 89 min. The optimization of the saccharification step was found in the condition of 0.50% (v/v) dose of amyloglucosidase, 50°C and 40 min. Under these conditions, sugar concentrations of 172.22 g.L-1 glucose, 21.04 g.L-1 sucrose, 53.59 g.L-1 fructose and 9.05 g.L-1 cellobiose were obtained. Thus, these results showed the potential of sweet potato as raw material for the production of first and second generation ethanol and its use would increase the biofuel production from renewable and sustainable sourcesDoutoradoDesenvolvimento de Processos QuímicosDoutora em Engenharia QuímicaFAPESP2008/57873-8CAPES[s.n.]Maciel Filho, Rubens, 1958-Plazas Tovar, Laura, 1983-Mariano, Adriano PintoFregolente, Leonardo VasconcelosLopes, Melina SavioliLunelli, Betânia HossUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASDominices, Kallyana Moraes Carvalho, 1986-20172017-09-25T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (184 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1632625DOMINICES, Kallyana Moraes Carvalho. Desenvolvimento e otimização da produção de etanol de primeira e segunda geração a partir da batata-doce (Ipomoea batatas Lam. (L)). 2017. 1 recurso online (184 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1632625. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/990249Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2018-01-30T15:26:41Zoai::990249Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2018-01-30T15:26:41Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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