Produção de biobutanol por fermentação acetona-butanol-etanol (ABE) utilizando Clostridium beijerinckii ATCC 10132 a partir do hidrolisado enzimático da casca de coco verde

The search for renewable energies that minimize the environmental damage caused mainly by the burning of fossil fuels has encouraged studies for the diversification of the global energy matrix. In the case of Brazil, the insertion of new biofuels such as butanol associated with the valorization o...

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Prif Awdur: Bezerra, Petrúcia Karine Santos de Brito
Awduron Eraill: Santos, Everaldo Silvino dos
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Cyhoeddwyd: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Pynciau:
Engenharia Química
Material lignocelulósico
Reciclo de celulases
Pré-tratamento
Fermentação ABE
Biobutanol
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Bezerra, Petrúcia Karine Santos de Brito
Produção de biobutanol por fermentação acetona-butanol-etanol (ABE) utilizando Clostridium beijerinckii ATCC 10132 a partir do hidrolisado enzimático da casca de coco verde
description The search for renewable energies that minimize the environmental damage caused mainly by the burning of fossil fuels has encouraged studies for the diversification of the global energy matrix. In the case of Brazil, the insertion of new biofuels such as butanol associated with the valorization of lignocellulosic biomass presents an opportunity to consolidate its historical vocation in the leadership of renewable energy sources. Green coconut husk (GCS) is an abundant agro-industrial waste that can be converted into value-added products while solving environmental problems caused by its inappropriate disposal. In this context, the potential of the GCS was investigated in the production of cellulosic butanol (or biobutanol) by ABE (Acetone-Butanol-Ethanol) fermentation, using Clostridium beijerinckii. Initially, enzymatic hydrolysis tests were carried out to evaluate the release of sugars and the ability to recycle commercial cellulolytic cocktails. The behaviour and recovery of cellulolytic enzymes remaining from pre-treated GCS (by dilute acid, alkali, and acid-alkali) were evaluated. Additionally, batch fermentation tests were performed to investigate the influence of some nutrients (nitrogen sources and mineral medium) as supplements on the hydrolysate to produce butanol and other solvents. Fed batch fermentation was performed in order to improve butanol's yield and productivity. Adsorption studies from cellulases showed that pre-treated GCS by alkali ensure large amount of free cells (52% for Trichoderma reesei cocktail and 69% for Cellic CTEC2 cocktail) and greater susceptibility of desorption with buffer (~50%). Sugar yields greater than 60% were obtained using recycled enzymes from solid and liquid fractions. Recycling enzymes by two cycles hardly affected the catalytic capacity in the pre-treated GCS hydrolysis by alkali, and acid-alkali. Using hydrolysate with 9 g/L of sugars (glucose + xylose), the fermentation ABE reached a yield of 0.53 g/g after 96 h, in which 3.4 g/L of butanol were obtained. The absence or insufficiency of some nutrients (minerals and phosphate buffer) resulted in low yield of ABE products, indicating the relevance of the adequacy of supplements to the chosen fermentation medium, and the type of microorganism used. Fed batch increased productivity in ABE fermentation (0.08 g/L.h butanol). The results indicate that green coconut waste has potential to contribute to the energy sector and is a low-cost raw material for the biotechnological production of butanol, as an alternative and renewable product
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In the case of Brazil, the insertion of new biofuels such as butanol associated with the valorization of lignocellulosic biomass presents an opportunity to consolidate its historical vocation in the leadership of renewable energy sources. Green coconut husk (GCS) is an abundant agro-industrial waste that can be converted into value-added products while solving environmental problems caused by its inappropriate disposal. In this context, the potential of the GCS was investigated in the production of cellulosic butanol (or biobutanol) by ABE (Acetone-Butanol-Ethanol) fermentation, using Clostridium beijerinckii. Initially, enzymatic hydrolysis tests were carried out to evaluate the release of sugars and the ability to recycle commercial cellulolytic cocktails. The behaviour and recovery of cellulolytic enzymes remaining from pre-treated GCS (by dilute acid, alkali, and acid-alkali) were evaluated. Additionally, batch fermentation tests were performed to investigate the influence of some nutrients (nitrogen sources and mineral medium) as supplements on the hydrolysate to produce butanol and other solvents. Fed batch fermentation was performed in order to improve butanol's yield and productivity. Adsorption studies from cellulases showed that pre-treated GCS by alkali ensure large amount of free cells (52% for Trichoderma reesei cocktail and 69% for Cellic CTEC2 cocktail) and greater susceptibility of desorption with buffer (~50%). Sugar yields greater than 60% were obtained using recycled enzymes from solid and liquid fractions. Recycling enzymes by two cycles hardly affected the catalytic capacity in the pre-treated GCS hydrolysis by alkali, and acid-alkali. Using hydrolysate with 9 g/L of sugars (glucose + xylose), the fermentation ABE reached a yield of 0.53 g/g after 96 h, in which 3.4 g/L of butanol were obtained. The absence or insufficiency of some nutrients (minerals and phosphate buffer) resulted in low yield of ABE products, indicating the relevance of the adequacy of supplements to the chosen fermentation medium, and the type of microorganism used. Fed batch increased productivity in ABE fermentation (0.08 g/L.h butanol). The results indicate that green coconut waste has potential to contribute to the energy sector and is a low-cost raw material for the biotechnological production of butanol, as an alternative and renewable product Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A busca por energias renováveis que minimizem os danos ambientais causados principalmente pela queima de combustíveis fósseis tem alavancado estudos para a diversificação da matriz energética mundial. No caso do Brasil, a inserção de novos biocombustíveis, como o butanol, associada à valorização da biomassa lignocelulósica se apresenta como uma oportunidade de consolidar sua vocação histórica na liderança de fontes energéticas renováveis. A casca do coco verde é um resíduo agroindustrial abundante que pode ser convertido em produtos de valor agregado ao mesmo tempo que soluciona problemas ambientais causados pelo seu descarte inadequado. Nesse contexto, investigou-se o potencial de cascas de coco verde (CCV) na produção de butanol celulósico (ou biobutanol) por fermentação ABE (Acetona-Butanol-Etanol), utilizando Clostridium beijerinckii. Inicialmente, testes de hidrólise enzimática de CCV foram realizados para avaliar a liberação de açúcares e a capacidade de reciclo dos coquetéis celulolíticos comerciais. O comportamento e a recuperação de enzimas celulolíticas remanescentes de CCV pré-tratadas (por ácido diluído, álcali e ácido-álcali combinados) foram avaliados. Em outro momento, ensaios de fermentação em batelada foram realizados para investigar a influência de alguns nutrientes (fontes de nitrogênio e meio mineral) na suplementação do hidrolisado para a produção de butanol e outros solventes. A fermentação em batelada alimentada foi realizada com o intuito de melhorar o rendimento e a produtividade do butanol. Os estudos de adsorção de celulases mostraram que CCV pré-tratadas por álcali garantem maior quantidade de celulases livres (52% para coquetel Trichoderma reesei e 69% para coquetel Cellic Ctec2) e maior susceptibilidade de dessorção com tampão (~50%). Rendimentos de açúcares superiores a 60% foram obtidos usando enzimas recicladas a partir das frações sólida e líquida. A reciclagem de enzimas por dois ciclos praticamente não afetou a capacidade catalítica na hidrólise de CCV pré-tratadas por álcali e ácido-álcali combinados. Usando hidrolisado com 9 g/L de açúcares (glicose + xilose), a fermentação ABE alcançou rendimento de 0,53 g/g após 96 h, no qual 3,4 g/L de butanol foram obtidos. A ausência ou insuficiência de alguns nutrientes (minerais e tampão fosfato) resultaram em baixos rendimentos de produtos ABE, indicando a relevância da adequação de suplementos ao meio fermentativo escolhido e ao tipo de microrganismo utilizado. A batelada alimentada aumentou a produtividade na fermentação ABE (0,08 g/L.h para butanol). Os resultados indicam que resíduos de coco verde possuem potencial energético e são matérias-primas de baixo custo para a produção biotecnológica de butanol, como produto alternativo e renovável. 2023-06-19T21:55:35Z 2023-06-19T21:55:35Z 2022-12-15 doctoralThesis BEZERRA, Petrúcia Karine Santos de Brito. Produção de biobutanol por fermentação acetona-butanol-etanol (ABE) utilizando Clostridium beijerinckii ATCC 10132 a partir do hidrolisado enzimático da casca de coco verde. Orientador: Everaldo Silvino dos Santos. 2022. 136f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52768 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

Eitemau Tebyg