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Avaliação das caraterísticas físico-químicas e filogenéticas da produção de hidrogênio e homoacetogênese a partir de resíduos do processamento de café

Processo: 16/20047-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de janeiro de 2017
Vigência (Término): 31 de março de 2019
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
Pesquisador responsável:Maria Bernadete Amâncio Varesche
Beneficiário:Alejandra Carolina Villa Montoya
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:15/06246-7 - Aplicação do conceito de biorrefinaria a estações de tratamento biológico de águas residuárias: o controle da poluição ambiental aliado à recuperação de matéria e energia, AP.TEM
Assunto(s):Fenóis

Resumo

A produção biológica de hidrogênio (H2) via fermentação é alternativa de interesse, pela possibilidade da utilização de biomassa residual renovável, sem a geração de subprodutos poluentes. Para esta finalidade, os resíduos do processamento de café são atrativos devido a sua abundância e pouca aplicação em processos fermentativos. Porém, baixos rendimentos de H2 são comumente obtidos, em decorrência do seu consumo por bactérias e arquéias metanogênicas. Entre elas, as bactérias produtoras de hidrogênio podem alterar seu metabolismo para homoacetogênese, utilizando o H2 para a geração de ácido acético. Os mecanismos que levam a esta mudança metabólica não estão ainda esclarecidos. Portanto, o objetivo principal deste trabalho será avaliar o efeito dos parâmetros físico-químicos e microbiológicos sobre a produção de H2 e homoacetogênese. Para atingir este objetivo, dois tipos de resíduos do processamento de café serão testados: resíduo sólido (casca) pré-tratado hidrotermicamente e água residuária do processamento de café provenientes da lavagem, despolpamento, desmucilagem dos grãos de café (ARC). As condições de pré-tratamento hidrotérmico da casca (temperatura e tempo) serão selecionadas mediante a comparação do efeito de severidades altas e baixas na produção de H2. Serão avaliadas as variáveis pH (4,0 - 5,5 - 7,0), substrato (casca pré-tratada e ARC), e concentração do substrato (5, 15 e 25 g DQO L-1 para ARC e 2, 4 e 6 g L-1 para a casca), mediante a realização de fermentação com misturas de casca e ARC. O experimento será montado em reatores em batelada de 500 ml com 50% de headspace e 50% de volume reacional e mantidos a 35°C. A fermentação será natural, com a finalidade de favorecer o desenvolvimento da microbiota a partir dos resíduos. Análises fisioquímicas e cromatográficas serão realizadas, tais como: demanda química de oxigênio, série de sólidos, fenóis totais, composição do biogás, produção de H2, açúcares, ácidos orgânicos e álcoois. A condição sobre a qual seja obtida a maior produção de gás H2 e homoacetogênese, serão selecionadas para realizar a caracterização filogenética por meio do sequenciamento do RNAr 16S (bactérias) e 18S (fungos) em larga escala (next generation).

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
VILLA MONTOYA, ALEJANDRA CAROLINA; DA SILVA MAZARELI, RAISSA CRISTINA; SILVA, EDSON LUIZ; AMANCIO VARESCHE, MARIA BERNADETE. Improving the hydrogen production from coffee waste through hydrothermal pretreatment, co-digestion and microbial consortium bioaugmentation. BIOMASS & BIOENERGY, v. 137, JUN 2020. Citações Web of Science: 0.
VILLA MONTOYA, ALEJANDRA CAROLINA; DA SILVA MAZARELI, RAISSA CRISTINA; DELFORNO, TIAGO PALLADINO; CENTURION, VICTOR BORIN; DE OLIVEIRA, VALERIA MAIA; SILVA, EDSON LUIZ; AMANCIO VARESCHE, MARIA BERNADETE. Optimization of key factors affecting hydrogen production from coffee waste using factorial design and metagenomic analysis of the microbial community. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 45, n. 7, p. 4205-4222, FEB 7 2020. Citações Web of Science: 0.
VILLA MONTOYA, ALEJANDRA CAROLINA; DA SILVA MAZARELI, RAISSA CRISTINA; DELFORNO, TIAGO PALLADINO; CENTURION, VICTOR BONIN; SAKAMOTO, ISABEL KIMIKO; DE OLIVEIRA, VALERIA MAIA; SILVA, EDSON LUIZ; AMANCIO VARESCHE, MARIA BERNADETE. Hydrogen, alcohols and volatile fatty acids from the co-digestion of coffee waste (coffee pulp, husk, and processing wastewater) by applying autochthonous microorganisms. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 44, n. 39, p. 21434-21450, AUG 13 2019. Citações Web of Science: 0.
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
MONTOYA, Alejandra Carolina Villa. Avaliação das caraterísticas físico-químicas e microbiológicas da produção de hidrogênio e homoacetogênese a partir de resíduos do processamento de café. 2019. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos São Carlos.

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