Eficiência de processo térmico para mostos a base de caldo de cana e melaço na produção de bioetanol

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nolasco Junior, Jonas
Data de Publicação: 2010
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/20.500.12733/1612860
Resumo: Orientador: Pilar Rodriguez de Massaguer
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spelling Eficiência de processo térmico para mostos a base de caldo de cana e melaço na produção de bioetanolEfficiency of thermal process for musts based on sugar cane juice and molasses for bioethenol productionProcesso térmicoCaldo de canaBioetanolFermentabilidadeOtimizaçãoThermal processSugar caneBioethanolFermentabilityOptimizationOrientador: Pilar Rodriguez de MassaguerTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Nesta pesquisa foi verificada a eficiência de tratamento térmico UHT para mostos a base de caldo de cana e melaço, otimizado para preservação máxima (> 98,7%) do conteúdo dos açúcares sacarose, glicose e frutose causando 3 reduções logarítmicas no micro-organismo alvo, os esporos de Geobacillus stearothermophilus ATCC 1518. Os mostos tratados termicamente tiveram suas características fermentativas avaliadas utilizando as linhagens industriais de leveduras LNF SA-1 e LNF BG-1, utilizadas na produção de bioetanol. A eficiência dos processos térmicos otimizados foi avaliada em unidade piloto de esterilização contínua Microthermics® com aquecimento indireto utilizando os binômios 125ºC/30s, 130ºC/11s, 130ºC/37s e 135ºC/5s, selecionados a partir de estudos cinéticos de destruição térmica dos esporos de G. stearothermophilus ATCC 1518 nas temperaturas 98º, 110ºC, 120ºC, 122,5ºC e 130ºC e dos açúcares sacarose, glicose, frutose e açúcares redutores totais, ART, nas temperaturas 110ºC, 120ºC, 130ºC e 140ºC, utilizando como meio mosto a 21,5ºBrix e pH 6. Os estudos cinéticos foram realizados em batelada com tubos TDT, 6 mm DI x 8 mm DE x 100 mm de comprimento. O protocolo de processo representado pelo binômio 135ºC/5s foi obtido por extrapolação. O processo térmico contínuo se mostrou mais eficiente que o processo predito através dos ensaios cinéticos em batelada. O número de reduções logarítmicas médio de 2,58 obtido experimentalmente, (nintegral-biológico), em cada um dos protocolos de processo utilizado, foi 7,35% maior que os valores calculados de 2,41, (nintegral-calculado), utilizando os perfis de temperatura obtidos em cada uma das secções da unidade piloto de esterilização, estimados com a velocidade média de escoamento. A preservação da sacarose foi maior que 99,20% enquanto que a preservação dos açúcares redutores totais foi superior a 99,52%. Nos dois processos térmicos com os binômios 130ºC/37s os valores de nintegral-biológico foram maiores que 5,87 e 7,47 e preservação dos açúcares mínima de 99.45%. Teoricamente qualquer dos protocolos de processos térmicos é capaz de causar 108 reduções logarítmicas nos Lactobacillus sp, contaminante comumente encontrados nos mostos durante fermentação. Com relação às características fermentativas dos mostos tratados termicamente, as velocidades específicas máximas de crescimento diminuíram com o aumento da temperatura de tratamento térmico dos mostos de 0,42 h-1 para 0,19 h-1 para LNF SA-1 e de 0,57 h-1 para 0,09 h-1 para LNF BG-1. Os tempos de adaptação obtidos para a linhagem LNF SA-1 variaram de 3,10 h a 4,97 h, mas, em mostos tratados na temperatura mais elevada de 135ºC por 5s, foi de 11,17 h. Para a linhagem LNF BG-1 os tempos de adaptação obtidos variaram de 5,92 h para 6,65 h para os binômios 125ºC/30s, 130ºC/11s e 130ºC/37s, mas no tratamento com o binômio 135ºC/5s foi obtido 10,88 h. A produtividade das leveduras ficou entre 0,24-0,34 g etanol/g de célula/h enquanto que o rendimento em etanol variou de 87,56% a 89,73%, valores dentro dos padrões industriais. Máximo rendimento foi obtido quando foi utilizado mosto tratado a 130ºC/37s em que foi obtido valor de nintegral-biológico maior que 5,87, indicando que os protocolos de tratamento térmicos podem ter exercido diferentes efeitos sobre a disponibilidade de macro e micro nutrientes essenciais para as levedurasAbstract: In this research is verified the efficiency of a UHT heat treatment process for musts based on sugar cane juice and molasses optimized for maximum preservation of the content in the sugars sucrose, glucose and fructose, using as target the heat resistant spores of Geobacillus stearothermophilus ATCC 1518. Heat treated musts had their fermentative characteristics evaluated using the industrial yeast strains LNF SA-1 and LNF BG-1 for the production of bioethanol in Brazil. The efficiency of the thermal graphically optimized processes was assessed in continuous sterilization Microthermics® pilot plant with indirect heating following the binomials 125ºC/30s, 130ºC/11s, 130ºC/37s and 135ºC/5s, selected from thermal destruction kinetic studies of G. stearothermophilus spores at the temperatures 98ºC, 110ºC, 120ºC, 122.5ºC, 125ºC and 130ºC, and of the sugars sucrose, glucose, fructose and total reducing sugars, TRS, at the temperatures 110ºC, 120ºC, 130ºC and 140ºC, in must media, 21.5ºBrix and pH 6.4. Kinetic studies were carried out in batch, using TDT tubes 6 mm DI x 8 mm DE x 100 mm length. The process condition of the binomial 135ºC/5s was obtained by extrapolation. The continuous heat process was more efficient than the predicted from the batch kinetic tests. The mean number, 2.58, of integral log reduction experimentally obtained for the target microorganism, (nintegral-biological), was 7.35% higher than the mean number, 2.41, of integral calculated values, (nintegral-calculated), using the temperature profile estimated for each of section of the pilot unit with the mean flow velocity. It was found that sugar retention in the musts thermally processed was higher than 99.2% and 99.52% for sucrose and total reducing sugar, respectively. The two thermal processes that followed the binomial 130ºC/37s resulted in nintegral-biological greater than 5.87 and 7.47 with minimal preservation of sugars of 99.45%. Theoretically any of these processes is capable of causing 108 decimal reductions on Lactobacillus sp, typical contaminant found in musts and fermentation. Fermentation characteristics of heat-treated musts were assessed and the kinetic responses of the yeasts in terms of their maximum specific growth rates, in the heat treated musts, decreased with increase in heat treatment temperature of the musts from 0.42 h-1 to 0.19 h-1 for LNF SA-1 and from 0.57 h-1 to 0.09 h-1 for LNF BG-1. The adaptation times obtained for strain LNF SA-1 varied from 3.10 h to 4.97 h, but in musts treated with the highest temperature, 135ºC for 5s, the value was 11.17 h. For the strain LNF BG-1 the adaptation times varied from 5.92 h to 6.65 h, but in musts treated with the highest temperature, 135ºC for 5s, the value was 10.88 h. Cell productivity was in the range of 0.24-0.34 g ethanol/g of cell/h and the yield was in the range 87.56 - 89.73%. Maximum fermentation yield was obtained using musts treated with the binomial 130ºC/37s, for which integral biological n-values found was greater than 5.87, suggesting that the thermal treatment protocols may have exerted different effects on availability of macro and micro essential nutrients for yeastsDoutoradoDoutor em Ciência de Alimentos[s.n.]Rodriguez de Massaguer, Pilar, 1947-Rodriguez de Massaguer, Pilar, 1947-Rossell, Carlos Eduardo VazPacheco, Cristiana de PaulaErnandes, José RobertoCristianini, MarceloUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia de AlimentosPrograma de Pós-Graduação em Ciência de AlimentosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASNolasco Junior, Jonas2010info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf221 f.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1612860NOLASCO JUNIOR, Jonas. Eficiência de processo térmico para mostos a base de caldo de cana e melaço na produção de bioetanol. 2010. 221 f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1612860. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/773827porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T05:58:48Zoai::773827Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T05:58:48Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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