Tratamento de água residuária do processamento de mandioca com obtenção de butanol

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Douglas Batista da, 1988-
Data de Publicação: 2019
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/20.500.12733/1636292
Resumo: Orientadores: Ariovaldo José da Silva, Bruna Soares Fernandes
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spelling Tratamento de água residuária do processamento de mandioca com obtenção de butanolTreatment of cassava wastewater aiming butanol productionClostridiumÁcido láticoButanolManipueiraClostridiumLactic acidButanolCassava wastewaterTratamento anaeróbioAnaerobic treatmentOrientadores: Ariovaldo José da Silva, Bruna Soares FernandesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia AgrícolaResumo: Os resíduos agroindustriais são fontes de energia baratas, abundantes e renováveis na Terra que, devido à sua grande disponibilidade e composição orgânica, podem assim, ser reutilizados em processos biológicos como fontes de substratos alternativos e sustentáveis para obtenção de produtos relevantes e com grande poder econômico. Neste sentido, este projeto de pesquisa objetivou avaliar a potencialidade da manipueira, resíduo resultante do processamento industrial da mandioca, para produção de produtos de interesse industrial e comercial. Na primeira etapa, utilizou-se uma cultura mista de microrganismos anaeróbios tratada termicamente para produção de ácidos orgânicos voláteis (AOVs) e, posteriormente utilizou-se uma cultura de Clostridium acetobutylicum ATCC 824 para conversão dos ácidos AOVs butanol. Essa etapa experimental foi realizada em reatores de batelada em sistema bifásicos, acidogênico e solventogênico separados fisicamente, utilizando a técnica do Planejamento Experimental por Delineamento de Composto Central Rotacional (DCCR) (22) para avaliar o efeito do pH (4,5¿7,0) e da concentração de substrato (10¿50 g/L) sobre a produção. Foram obtidos concentrações de ácido lático de 40 g L-1 com cultura mista e 33 g/L com C. acetobutylicum. Na segunda etapa, avaliou-se o comportamento da cultura de C. acetobutylicum DSMZ 792 e da cultura mista em meio sintético contendo 30 g/L glicose. A fermentação nessa etapa resultou numa concentração de 5,88±1,88 g/L de ácido lático com a cultura mista e 3,91±1,34 g/L com a cultura de C. acetobutylicum DSMZ 792. Na terceira etapa, avaliou-se o comportamento da cultura de C. acetobutylicum DSMZ 792 em diferentes fontes de substratos, glicose, manipueira, manipueira suplementada com fécula de mandioca e somente fécula de mandioca, com concentração inicial de 20 g/L para cada substrato, em termos de glicose. Os principais metabólitos quantificados foram: ácido lático, acético e butírico. As máximas concentrações verificadas nos diferentes ensaios foram: ensaios com glicose: 1,72±0,63; 2,24±0,23 e 2,85±1,08 g/L de ácido lático, acético e butírico, respectivamente. Com a manipueira resultou 10,10±2,55; 1,69±0,10 e 0,06±0,16 g/L de ácido lático, acético e butírico. Nos ensaios com manipueira suplementada com fécula de mandioca resultou na produção de 7,87±1,59; 1,64±0,13 e 0,10±0,27 g/L de ácido lático, acético e butírico. E nos ensaios com somente fécula de mandioca as principais concentrações observadas foram: 0,74±0,58; 1,68±0,14 e 1,09±0,83 g/L de ácido lático, acético e butírico. Neste ensaio foi possível a quantificação de butanol, porém em baixa concentração. E finalmente, na quarta etapa utilizando a técnica do DCCR, avaliou-se o comportamento do C. acetobutylicum DSMZ 792, utilizando de fécula de mandioca, como substrato orgânico em diferentes faixas de pH (4,5-7,0) e concentração de substrato (10-50 g/L). Com relação aos resultados obtidos, observou-se concentrações inferior a 0,5 g/L de ácido lático em ambos ensaios. Os ensaios com concentração inicial de 15,8 g/L resultaram em concentração superior de 2 g/L de ácido acético, enquanto que em concentração de 15,8 e 44,2 g/L de glicose foi possível a quantificação de ácido butírico. Para produção de butanol, as melhores concentrações foram observadas nos ensaios de maiores concentrações de glicose de 44,2 e 50,0 g/L. Os resultados, demonstraram que a manipueira apresenta-se como excelente fonte de substrato para produção de AOVs, especialmente ácido lático, enquanto que a cepa C. acetobutylicum DSMZ 792, demonstrou ser capaz de fermentar e produzir butanol a partir da fécula de mandioca, comparável com a manipueira e a glicose quando usadaAbstract: Agroindustrial wastes are inexpensive, abundant and renewable energy sources on Earth that, due to their great availability and organic composition, can thus be reused in biological processes as sources of alternative and sustainable substrates to obtain relevant products with great economic power. The yearning for new sources of energy and renewable technologies has aroused interest in the reuse of these wastes, both in the environmental as well as the economic as a way to minimize the environmental impacts caused by the inadequate disposal of these wastes. In this sense, this research project aimed to evaluate the reuse of the cassava wastewater, residue resulting from the industrial processing of cassava, for the production of products of industrial and commercial interest. In the first step, a mixed culture of thermally treated anaerobic microorganisms were used for the production of volatile organic acids (VOAs) and, later, a culture of Clostridium acetobutylicum ATCC 824 was used to convert VOAs into butanol. This experimental stage was carried out in batch reactors in biphasic, acidogenic and solventogenic systems separated physically, using the Central Composite Rotatable Design (CCRD) (22) configuration to evaluate the effect of pH (4,5-7,0) and substrate concentration (10-50 g/L) on production. Concentrations of lactic acid of 40 g/L with mixed culture and 33 g/L was obtained with C. acetobutylicum. In the second step, the behavior of the culture of Clostridium acetobutylicum DSMZ 792 and of the mixed culture in synthetic medium containing 30 g/L glucose were evaluated. The fermentation at this step resulted in a concentration of 5.88 ± 1.88 g/L of lactic acid with the mixed culture and 3.91 ± 1.34 g/L with the culture of C. acetobutylicum DSMZ 792. In the third step, the behavior of the C. acetobutylicum DSMZ 792 culture in different sources of substrates, glucose, cassava wastewater, cassava wastewater supplemented with starch and starch only was evaluated, with initial concentrations of 20 g/L for each substrate. For the tests, the main quantified metabolites were: lactic, acetic and butyric acids. The maximum concentrations observed in the different tests were: trials glucose: 1.72 ± 0.63; 2.24 ± 0.23 and 2.85 ± 1.08 g/L of lactic, acetic and butyric acids, respectively. With the cassava wastewater resulted: 10.10 ± 2.55; 1.69 ± 0.10 and 0.06 ± 0.16 g/L lactic, acetic and butyric acids. In the tests with cassava wastewater supplemented with starch resulted in the production of 7.87 ± 1.59; 1.64 ± 0.13; 0,10 ± 0,27 g/L of lactic, acetic and butyric acids. And in the starch trial the main concentrations observed were: 0.74 ± 0.58, 1.68 ± 0.14 and 1.09 ± 0.83 g/L of lactic, acetic and butyric acids. It was possible to quantify butanol, but at a low concentration. Finally, in the fourth step using the CCRD (22) configuration, evaluated the behavior of C. acetobutylicum DSMZ 792, when submitted to fermentation with cassava starch, with different pH (4,5-7,0) and substrate concentration (10-50 g/L). Regarding the results obtained, concentrations below 0.5 g/L of lactic acid were observed in both assays. The trials with an initial concentration of 15.8 g/L resulted in a higher concentration of 2 g/L of acetic acid, whereas in the concentration of 15.8 and 44.2 g/L of glucose it was possible to quantify butyric acid. For butanol production, the highest concentrations were observed in the tests of higher glucose concentrations of 44.2 and 50.0 g/L. The results obtained in the fermentations, demonstrated that the cassava wastewater presents as an excellent source of substrate for the production of volatile organic acids, especially lactic acid, whereas the strain Clostridium acetobutylicum DSMZ 792, was able to ferment and to produce butanol from the starch of cassava, comparable to cassava wastewater and glucose when usedDoutoradoÁgua e SoloDoutor em Engenharia AgrícolaCAPES28-P-4921/2018[s.n.]Silva, Ariovaldo José da, 1966-Zaiat, MarceloMoraes, Bruna de SouzaPeixoto, GuilhermeMariano, Adriano PintoFernandes, Bruna SoaresUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia AgrícolaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia AgrícolaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSilva, Douglas Batista da, 1988-20192019-02-22T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (160 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1636292SILVA, Douglas Batista da. Tratamento de água residuária do processamento de mandioca com obtenção de butanol. 2019. 1 recurso online (160 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1636292. 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