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

Autor(es)

Alejandra Carolina Villa Montoya

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2019-05-17

Membros da banca

Maria Bernadete Amancio Varesche Silva; Irineu Bianchini Junior; Michel Brienzo; Tiago Palladino Delforno; Giovana Tommaso

• Orientador: Maria Bernadete Amancio Varesche Silva

Resumo

O processamento do café via úmida inclui as etapas de despolpamento, fermentação, lavagem e separação dos grãos, no qual gera-se grande quantidade de resíduos sólidos (casca e polpa) e água residuária. O estudo dos aspectos microbiológicos na produção de hidrogênio a partir de resíduos do processamento do café é pouco explorado, o que torna esse resíduo atrativo e foco de pesquisas. Neste cenário, buscou-se avaliar o potencial uso destes resíduos como substrato e fonte de bactérias e fungos fermentativos para produção de H2. Adicionalmente, estudou-se a homoacetogênese, processo que afeta a produção de H2, uma vez que o H2/CO2 pode ser consumido para a síntese de ácido acético. Para isso, ensaios em reatores em batelada foram conduzidos para seleção da melhor condição de pré-tratamento hidrotérmico (severidade), dos fatores da fermentação (pH, temperatura, agitação, volume do headspace, concentração de bioaumentação do consórcio microbiano, resíduo de polpa e casca, água residuária e extrato de levedura) que afetam a produção de H2 (Planejamento Plackett-Burman) e homoacetogênese (planejamento fracionado 24-1), seguido do delineamento composto central rotacional (DCCR) para otimização da produção de hidrogênio. Verificou-se que a severidade de pré-tratamento hidrotérmico de 3,53 (180 °C, 15 minutos), resultaram no aumento da concentração de açúcares fermentáveis, com baixa concentração de lignina, fenol, furfural e 5-hidroximentil furfural, obtendo valores de potencial máximo de produção de H2 (P) de 1,8 mL H2. Em relação ao efeito dos fatores da fermentação sobre a produção de H2, obteve-se o maior P de 82 mL H2 em pH 7,0, 30 g DQO L-1 de água residuária, 6 g L-1 de polpa e casca, 30 ºC, 50% de headspace, 180 rpm, sem bioaumentação do consórcio microbiano e 2 g L-1 de extrato de levedura. Por outro lado, as condições que conduziram a consumo significativo de H2 por homoacetogênese foram em pH inicial entre 5,5 e 7,5, headspace entre 40 e 60%, concentração de água residuária entre 10 e 30 g DQO L-1 e concentração de casca e polpa entre 3 e 9 g L-1. Em relação às variáveis estatisticamente significativas (pH, concentração de polpa e casca e volume do headspace), as condições operacionais ótimas para obtenção de P de 240 mL H2, estimadas via planejamento DCCR, foram em pH 7,0, concentração de polpa e casca 7 g L-1 e volume de headspace 30%. No consórcio microbiano, houve predominância de bactérias semelhantes a Lactobacillus sp. e Clostridium sp. e de fungos semelhantes a Saccharomyces sp. e Kazachstania sp. Tais microrganismos foram associados a produção de ácido lático, H2, etanol e ácido acético nos reatores, identificando genes relacionados a enzimas para a degradação de lignina, fenol, celulose, hemicelulose e pectina. Observou-se alta abundância relativa de Clostridium sp. tanto nos ensaios de produção de H2 quanto nos ensaios com consumo de hidrogênio, sendo seus genes associados a homoacetogênese, produção de ácido propiônico e butanol. (AU)

• Processo FAPESP: 16/20047-0 - Avaliação das caraterísticas físico-químicas e filogenéticas da produção de hidrogênio e homoacetogênese a partir de resíduos do processamento de café
• Beneficiário: Alejandra Carolina Villa Montoya
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado