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Título: Reduction of the enzyme loading for hydrolysis of alkaline pretreated green coconut husk
Autor(es): Bolivar Telleria, Maria
Orientador: Fernandes, Patrícia Machado Bueno
Coorientador: Fernandes, Antônio Alberto Ribeiro
Data do documento: 23-Mai-2019
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: O coco (Coco nucifera) é um cultivo amplamente produzido nos países tropicais para a obtenção da sua água e carne. Isso representa um problema de manejo e ambiental, pois é estimado que 46 milhões de toneladas de lixo, na forma de casca, são produzidas todo ano. Têm sido estudadas diferentes alternativas para a utilização desses rejeitos na obtenção de produtos de alto valor agregado, incluindo a produção de etanol. Um dos passos mais caros no processo de produção de etanol utilizandose este tipo de substrato é a hidrólise enzimática, devido ao alto custo das enzimas utilizadas. Infelizmente, o coco verde apresenta um conteúdo elevado de lignina, o que leva à inibição das enzimas e, portanto, requer uso de altas cargas enzimáticas, incrementando o custo de produção. A detoxificação dos hidrolisados que antecede a hidrólise enzimática e a adição de polímeros, proteínas ou surfactantes tem-se mostrado eficaz na diminuição da inibição das enzimas, melhorando a hidrólise enzimática. Esta potencialização da hidrólise enzimática permite a redução da carga enzimática utilizada, aumentando, portanto, a viabilidade económica do processo. A finalidade do estudo é reduzir a carga enzimática utilizada pela hidrólise de casca de coco verde com pré-tratamento alcalino usando diferentes aditivos. Foi avaliada a detoxificação da lama da casca de coco verde com pré-tratamento alcalino utilizandose carvão ativado. A adição direta e indireta (dentro de uma sacola) de carvão ativado mostrou uma diminuição na concentração de ácido acético, porém também diminuiu a concentração de açúcares fermentáveis. No final do processo não foram encontrados benefícios no uso do carvão ativado. Além disso, a utilização de carvão ativado apresentou uma forte inibição da fermentação. Sucessivamente foi testada a adição direta de caseína e de PEG na lama da casca de coco verde com prétratamento alcalino para potencializar a hidrólise enzimática sem detoxificação. A adição de caseína mostrou melhoria na hidrólise, porém não houve melhoria nos resultados do processo completo. Por outro lado, a adição de PEG, sob algumas das condições testadas, ajudou a melhorar a hidrólise enzimática e os resultados do processo completo. Primeiramente, foi efetuada a hidrólise enzimática com a adição de diferentes concentrações de PEG4000 (0.010, 0.025 ou 0.050 g/g bm) usando três cargas enzimáticas (3.0, 5.0 ou 7.5 FPU/g bm). Dentre as combinações provadas, o uso de 0.050 g PEG4000/g bm possibilitou a obtenção dos melhores resultados usando-se uma carga enzimática baixa (5.0 FPU/g bm). Após, foi examinada a adição de PEGs com diferentes tamanhos de cadeia usando 0.050 g PEG/g bm e 5.0 FPU/g bm. O PEG4000 apresentou resultados ligeiramente melhores que o PEG8000 e que a mistura de PEG usada (15,000 and 20,000 g/mol). Finalmente, os hidrolisados com presença de PEG4000 foram fermentados para monitorar a produção de etanol. Não foi observada inibição nos hidrolisado de casca de coco verde com pré-tratamento alcalino com PEG4000. A adição de PEG4000 provou ser um processo viável para diminuição da carga enzimática, utilizada pela hidrólise enzimática de casca de coco verde com pré-tratamento alcalino para produção de etanol em 66.7%.
Coconut (Coco nucifera) is a crop largely produced by tropical countries for its water and meat. This represents a handling and environmental issue as an estimated of 46 million tons of waste in the form of coconut husks is produced each year. Different alternatives to obtain added-value products from this waste have been studied, including the production of ethanol. One of the most expensive steps on the ethanol production process with this kind of substrates is the enzymatic hydrolysis due to the high cost of the enzymes used. Unfortunately, green coconut husk has a high lignin content, which inhibits the enzymes and leads to the use of high enzyme loading increasing the production cost. The detoxification of the hydrolysates prior to enzymatic hydrolysis and the addition of polymers, proteins and surfactants have proven to decrease the inhibition of the enzymes improving the enzymatic hydrolysis. This enzymatic hydrolysis enhancement enables the reduction of enzyme loading, leading to a process with higher economic viability. The purpose of this study is to reduce the enzyme loading used for the hydrolysis of alkaline pretreated green coconut husk by using different additives. First, the detoxification of the alkaline pretreated green coconut husk slurry with activated charcoal was evaluated. The direct and indirect (inside a pouch) addition of the activated charcoal showed a decrease in acetic acid concentration but also in fermentable sugars concentration. No benefit was seen at the end of the process while adding activated charcoal. In addition, the use of activated charcoal heavily inhibited the fermentation. Successively, the direct addition of casein or PEG to the alkaline pretreated green coconut husk slurry to enhance the enzymatic hydrolysis without a detoxification step was tested. The addition of casein showed an improvement on the hydrolysis but not on the results for the overall process. On the other hand, the addition of PEG helped improve the enzymatic hydrolysis and results from the overall process under some of the conditions tested. Initially, the enzymatic hydrolysis with the addition of different concentrations of PEG4000 (0.010, 0.025 or 0.050 g/g bm) using three enzyme loadings (3.0, 5.0 or 7.5 FPU/g bm) was performed. The use of 0.050 g PEG4000/g bm enabled to obtain the best results using a low enzyme loading of 5.0 FPU/g bm. Subsequently, the addition of PEGs with various chain lengths was examined, using 0.050 g PEG/g bm and 5.0 FPU/g bm. PEG4000 presented better results than PEG8000 and the PEG mixture (15,000 and 20,000 g/mol). Furthermore, the hydrolysates containing PEG4000 were fermented to monitor ethanol production. No inhibition was observed for the hydrolysates of alkaline pretreated green coconut husk treated with PEG4000. The addition of PEG4000 proved to be a viable procedure to decrease the enzyme loading used during enzymatic hydrolysis of alkaline pretreated green coconut husk to produce ethanol by 66.7%.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/11298
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