Produção de etanol a partir do coco verde utilizando cepas de Saccharomyces cerevisiae industriais

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dc.contributor.advisor-co1Fernandes, Antonio Alberto Ribeiro
dc.contributor.advisor1Fernandes, Patricia Machado Bueno
dc.contributor.authorSoares, Jimmy
dc.contributor.referee1Ventura, José Aires
dc.contributor.referee2Santos, Jane Meri
dc.contributor.referee3Torres, Fernando Araripe Gonçalves
dc.contributor.referee4Thevelein, Johan Maria Jozef Ghislenus
dc.date.accessioned2018-08-01T21:35:19Z
dc.date.available2018-08-01
dc.date.available2018-08-01T21:35:19Z
dc.date.issued2016-11-30
dc.description.abstractCocos nucifera L., coconut, is a palm of high commercial importance with various applications in the food industry. The coconut products in Brazil are the shredded coconut, coconut milk, coconut water, and coconut oil. Additionally, the aseptic packaging of coconut water is considered a high potential product due the improved distribution and extended expiration date. Coconut water is obtained from the green coconut fruits, but the remaining biomass does not have a useful destination and is a waste problem in the in cities of the main producer countries. The green coconut is composed by cellulose, hemicelulose and lignin, and the cellulose and hemicellulose can be converted in fermentable sugars to produce bioethanol. Bioethanol is a renewable biofuel with potential to address the problems caused by the fossil fuels consumption. This study comprises the ethanol production from coconut hydrolysates submitted to an alkaline pretreatment, and fermented by different Saccharomyces cerevisiae strains. High-solid loadings of biomass in a simple batch or fed-batch processes were used to produce hydrolysates with high sugar level. The main coconut structure is the mesocarp, and this structure was investigated in different pretreatment conditions for the hydrolysate production, like the alkali concentration, pretreatment duration and enzyme load. High-solid load in a single batch produced 7- 8% (w/v) sugars, which resulted in 3.7% (v/v) ethanol when fermented by a 2G yeast strain. The commercial enzyme load was also reduced with minor modifications in the sugar and ethanol yield. On the other hand, the production of hydrolysates using the whole green coconut fruit using single batch resulted in only 6.2% (w/v) sugars. The fed-bath aimed to contour some limitation of the single batch and produce hydrolysates with more sugars. The fed-batch resulted in hydrolysates from the mesocarp and coconut with more sugars, 9.7% (w/v) and 7.2% (w/v), respectively. Mesocarp hydrolysate from the fed-batch process was easily fermented and resulted in 4.3% (v/v) ethanol. Coconut hydrolysate showed a slow fermentation due the presence of fermentation inhibitors, and the ethanol titer was 3.8% (v/v). The removal of inhibitors resulted in a fast fermentation of the coconut hydrolysate, however the inhibitors removal step resulted in sugar loss, and a lower ethanol titer of 2.5% (v/v). The processes established in this study to produce ethanol from coconut are simple when compared to other processes proposed to this biomass, and also resulted in higher ethanol titer. The production in the range of 4% (v/v) ethanol from coconut showed the potential of this biomass, which should benefit the coconut producer countries.eng
dc.description.resumoCocos nucifera L., o coco, é um fruto de grande importância comercial e apresenta variadas aplicações na indústria alimentícia. No Brasil, os produtos do coco são coco ralado, leite, água e óleo de coco. Adicionalmente, o envase da água de coco em embalagens longa vida é considerado um produto com grande potencial em função da facilidade de distribuição e maior tempo de prateleira em supermercados. A água de coco é obtida do coco verde, e a biomassa remanescente não possui destinação adequada, sendo um problema nas cidades produtoras. O coco verde é composto de celulose, hemicelulose e lignina, e os dois primeiros componentes podem ser convertidos em açúcares fermentescíveis para a produção de etanol. O etanol é um combustível renovável com grande potencial na mitigação dos problemas atrelados ao consumo de combustíveis fósseis. O presente estudo discorre sobre a produção de etanol a partir de hidrolisados do coco submetidos ao pré-tratamento alcalino, e fermentados por diferentes cepas de Saccharomyces cerevisiae. Os hidrolisados de coco foram produzidos com altas cargas de sólidos em batelada simples ou alimentada visando uma elevada concentração de açúcares. O mesocarpo, a principal estrutura do coco verde, foi avaliado em diferentes condições de prétratamento para a produção de hidrolisados, como a concentração da solução alcalina, a duração do pré-tratamento e a carga enzimática. O uso da alta de carga de sólidos em batelada simples e o ajuste do processo possibilitaram que 7-8% (m/v) de açúcares fossem obtidos, e resultaram em uma produção de etanol de 3,7% (v/v) utilizando uma cepa de levedura de etanol 2G. Também foi possível reduzir a carga de enzimas no processo sem afetar consideravelmente a produção de açúcares e etanol. Contudo, o uso da batelada simples na produção de hidrolisado do coco verde inteiro resultou em apenas 6,2% (m/v) de açúcares. Empregou-se então a batelada alimentada na produção de hidrolisados visando contornar algumas das limitações da batelada simples. A batelada alimentada resultou em hidrolisados do mesocarpo e do coco com mais açúcares, 9,7% (m/v) e 7,2% (m/v), respectivamente. O hidrolisado do mesocarpo produzido por batelada alimentada foi facilmente fermentado, e resultou em 4,3% (v/v) de etanol. A fermentação do hidrolisado do coco foi lenta em função da presença de inibidores de fermentação, e a produção de etanol foi de 3,8% (v/v). A remoção dos inibidores do coco resultaram numa fermentação mais rápida do hidrolisado de coco; entretanto o processo de remoção dos inibidores resultou na perda de açúcares, e uma menor produção de etanol de 2,5% (v/v) foi observada. Os processos utilizados no presente trabalho para a produção de etanol a partir do coco são simples se comparados a outros processos propostos para esta biomassa, assim como resultaram em maiores produções de etanol. A produção de cerca de 4% (v/v) de etanol a partir do coco evidencia o potencial desta biomassa, podendo agregar valor à cadeia produtiva do coco.
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/7136
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Biotecnologia
dc.publisher.departmentCentro de Ciências da Saúde
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia
dc.rightsopen access
dc.subjectCoconuteng
dc.subjectBioethanoleng
dc.subjectHigh-solid loadeng
dc.subjectLignocelluloseeng
dc.subjectAlkali pretreatmenteng
dc.subjectCocopor
dc.subjectBioetanolpor
dc.subjectSaccharomyces cerevisiaepor
dc.subjectAlta carga de sólidospor
dc.subjectLignocelulosepor
dc.subjectPré-tratamento alcalinopor
dc.subject.cnpqBiotecnologia
dc.subject.udc61
dc.titleProdução de etanol a partir do coco verde utilizando cepas de Saccharomyces cerevisiae industriais
dc.typedoctoralThesis
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