Texto completo
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| Autor(es): |
Bianca Consorti Bussamra
Número total de Autores: 1
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| Tipo de documento: | Tese de Doutorado |
| Imprenta: | Campinas, SP. |
| Instituição: | Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química |
| Data de defesa: | 2021-04-26 |
| Membros da banca: |
Aline Carvalho da Costa;
Patricia Osseweijer;
Telma Teixeira Franco;
Frank Hollmann;
Michel Hendrikus Maria Eppink;
Guilherme Nuno de Passos Correia Matos Ferreira
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| Orientador: | Aline Carvalho da Costa; Solange Inês Mussatto |
| Resumo | |
Almejando melhorar a utilização de resíduos lignocelulósicos na indústria de processamento do etanol, este trabalho visa testar se a inibição por produto da hidrólise enzimática pode ser aliviada através de reação extrativa usando sistemas aquosos bifásicos (ATPS). A performance da hidrólise enzimática em ATPS não está bem definida na literatura. Nesta tese, a reação extrativa foi testada em termos de conversão experimental do bagaço de cana-de-açúcar, simulações através de design conceitual de processo e viabilidade econômica. O modelo termodinâmico foi desenvolvido para predizer a formação de ATPS. A triagem de ATPS e coeficiente de partição dos solutos foram conduzidos em uma estação de high throughput (HTP). Os ATPS foram compostos por polímero e sal. As enzimas foram representadas pelo coquetel enzimático Cellic CTec (Novozymes). O desenvolvimento desta plataforma consistiu de duas principais partes: determinação do diagrama de fases (curvas binodais e tie lines) e quantificação do soluto (açúcar e proteínas) nas fases de topo e de fundo. O ATPS mais promissor foi experimentalmente explorado para a hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar. O design do processo simulou dois cenários: hidrólise ocorrendo na fase de topo e na fase de fundo. Tópicos como adsorção dos componentes formadores de fase às fibras do bagaço e a influência da carga enzimática na hidrólise foram explorados. A hidrólise do bagaço em ATPS foi conceitualmente avaliada através da implementação de um modelo composto de duas partes: hidrólise e separação multi-batelada em ATPS. O modelo projetado para a hidrólise em ATPS foi comparado com o modelo base definido como hidrólise convencional. Considerando a modelagem termodinâmica do ATPS, foi avaliada a aplicação do modelo de Flory-Huggins (FH) para predizer a separação de fases em sistemas polímero-sal. A implementação e análise da teoria de FH envolveu a estimação da energia de interação (w_ij) e o cálculo do diagrama de fases. Não houve diferenças significativas na determinação do diagrama de fases nas plataformas HTP e escala de bancada, verificando a confiabilidade dos métodos e equipamento sugeridos neste trabalho. Além disso, abordagens personalizadas para quantificar os solutos foram apresentadas, levando em consideração as limitações das técnicas que poderiam ser aplicadas em ATPS devido à interferências dos componentes de fases com os analíticos. Esta metodologia rápida propõe a estudar até seis diferentes sistemas polímero-sal em oito dias e fornecer os resultados para entender a influência das concentrações de açúcar e proteína nos coeficientes de partição. A exploração experimental da hidrólise em ATPS forneceu estratégias de como conduzir a hidrólise enzimática extrativa em ATPS e de como explorar os resultados experimentais a fim de projetar um processo factível. No design conceitual da hidrólise enzimática extrativa, um dos maiores gargalos identificados foi a partição da glicose para ambas as fases. O design do processo resultante deste trabalho opera como uma ferramenta para avaliar hidrólise em ATPS e compará-la com a hidrólise convencional. Por outro lado, o modelo termodinâmico não pode descrever quantitativamente os dados. Isso ocorre principalmente por causa da forte influência dos erros experimentais randômicos na estimação da energia de interação, erros sistemáticos ao converter dados observados para concentrações de partição calculadas, e FH não ser uma descrição exata da separação de fases em ATPS formados por sais. A metodologia de triagem high throughput indicou ATPS capazes de particionar açúcar e enzimas. O ATPS selecionado não apresentou melhorias significativas em conduzir a conversão enzimática do bagaço de cana-de-açúcar em comparação à hidrólise convencional. As principais causas foram a influência dos componentes formadores de fases na atividade enzimática e a baixa seletividade dos açúcares em ATPS. Para revelar a aplicação de ATPS na indústria do processamento do etanol, a recuperação e reuso dos componentes formadores de fases são imperativos para a viabilidade econômica. Além disso, a plataforma HTP desenvolvida pode ser futuramente empregada para filtrar exaustivamente sistemas para projetar ATPS efetivos à partição de açúcares e proteínas em sistemas polímero-sal (AU) | |
| Processo FAPESP: | 16/04749-4 - Sistema líquido de duas fases aplicado a hidrólise enzimática extrativa de biomassa |
| Beneficiário: | Bianca Consorti Bussamra |
| Modalidade de apoio: | Bolsas no Brasil - Doutorado |