Teses e Dissertações
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Item Hidrólise enzimática dos polissacarídeos do café(Universidade Federal de São Carlos, 2013-08-29) Baraldi, Ilton José; Zangirolami, Teresa CristinaO café solúvel é um dos principais produtos gerados pela indústria de alimentos mundial, consistindo na fração solubilizada do café torrado e moído por tratamento térmico em duas etapas: extração 0 0 térmica a 125 C, seguida por hidrólise térmica a 180 C da fração não solubilizada na etapa anterior. Com elevado rendimento total (~ 50 %) na solubilização dos carboidratos presentes no café devido à alta temperatura empregada na etapa de hidrólise térmica, essa etapa se caracteriza por alto consumo de energia, além da geração de compostos voláteis indesejados (acetaldeído, furfural e 5- hidroxi metil furfural) provenientes da degradação térmica dos constituintes dos grãos de café. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade de efetuar a hidrólise e solubilização dos polissacarídeos presentes no resíduo do café obtido após a etapa de extração térmica (baixa temperatura) por meio de hidrólise enzimática, além de comparar essa alternativa com o processo industrial convencionalmente empregado. Os experimentos de hidrólise enzimática foram realizados a 0 50 C e pH 5,0, utilizando o resíduo de café arábica torrado obtido após extração térmica conduzida a 0 0 125 C (Etapas I e II) ou a 165 C (Etapa III). A fração solubilizada por extração térmica e pela hidrólise térmica ou enzimática foi caracterizada em termos de voláteis provenientes de degradação térmica por (GC-MS), composição de carboidratos (HPAEC-PAD) e avaliação sensorial. Na Etapa I do presente estudo, foram inicialmente testados 11 preparados enzimáticos comerciais apresentando atividades enzimáticas de galactomananases, celulases, galactanases e -glucanases, dentre outras, capazes de atuar nos principais biopolímeros do café (arabinogalactanos - AGs, galactomananos - ® GMs e celulose), sendo selecionados os produtos Powercell, Galactomananase-HBI e Ultraflo XL devido à maior atividade enzimática em substratos padronizados (463 FPU/g, 18.554 UI/g e 1.028 UI/mL, respectiviamentes). Na Etapa II, a influência da concentração dos preparados Powercell, ® Galactomananase-HBI e Ultraflo XL (variáveis independentes) no desempenho do processo de hidrólise enzimática foi investigado por meio de 11 experimentos executados de acordo com um ® planejamento fatorial completo em dois níveis. Os resultados mostraram que o preparado Ultraflo XL não contribuiu (p-valor > 0,49) para solubilização de carboidratos ou aumento de rendimento, enquanto que as enzimas presentes nos preparados Powercell e Galactomananase influenciaram significativamente as respostas, favorecendo a liberação de glicose, arabinose, glactose e manose como açúcares livres e totais (p-valor < 0,1). Os melhores resultados foram alcançados na condição experimental conduzida com 0,12 % de Powercell, 0,10 % de Galactomananase, e 0,12 % de ® Ultraflo XL, alcançando-se 22,3 % de rendimento com reduzida concentração de voláteis indesejados. Os produtos obtidos pelos três processos foram ainda comparados, obtendo-se rendimentos semelhantes nas extrações térmica e hidrólise enzimática, enquanto o rendimento da hidrólise térmica foi aproximadamente 60% superior devido principalmente à maior solubilização de galactose, apresentando porém o dobro de voláteis indesejados. Buscando-se aumentar o rendimento do processo alternativo (extração térmica seguida por hidrólise enzimática), na Etapa III 0 do estudo, a influência da temperatura de extração térmica foi variada de 125 a 175 C. Os resultados 0 mostraram que é possível elevar a temperatura da extração térmica até 165 C, sem geração adicional de voláteis indesejados e com aumento de 80 % no rendimento desta etapa em relação ao 0 0 processo tradicional realizado a 125 C. O resíduo não solubilizado a 165 C foi então processado por 0 hidrólise térmica (180 C) e hidrólise enzimática em 3 diferentes condições experimentais avaliadas no planejamento fatorial realizado na Etapa II. Os rendimentos alcançados foram semelhantes para a hidrólise térmica e hidrólise enzimática (~28 %), constatando-se que o aumento da temperatura da extração térmica favoreceu a solubilização dos biopolímeros do café pela ação das enzimas, novamente com reduzida formação de voláteis indesejados. Efetuou-se avaliação sensorial dos 0 cafés solúveis obtidos, sendo que os produtos gerados a 125 e 165 C apresentaram características semelhantes ao café de coador. Já o hidrolisado obtido termicamamente nas Etapas II e III se destacou pela elevada acidez, enquanto o hidrolisado enzimático gerado na Etapa II apresentou característica fortemente amarga e o da Etapa III característica neutra, mostrando que embora necessite ser aprimorada, a hidrólise enzimática pode ser utilizada na fabricação de café solúvel.Item Estudo da casca de café como matéria prima em processos fermentativos(Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo, 2016-01) Freitas, Wagner Luiz da Costa; Silva, Silvio Silvério daO Brasil é um país com forte produção agrícola, produzindo anualmente uma grande quantidade de biomassa vegetal, proveniente de resíduos agroflorestais, como o bagaço de cana-de-açúcar, a casca de café, entre outros. As biomassas de origem vegetal são constituídas basicamente por frações de celulose, hemicelulose e lignina que encontram-se intimamente associadas dando origem a uma estrutura recalcitrante do vegetal. O presente estudo teve como objetivo contribuir para o emprego de uma nova matéria-prima, a casca de café, para obtenção de produtos com valor agregado. Foi analisado a composição química da casca de café para determinar os valores de compostos extrativos, celulose, hemicelulose, lignina e cinzas. Foi analisado também diferentes condições de pré- tratamento ácido e pré-tratamento alcalino, seguido de sacarificação, da casca de café. Os hidrolisados obtidos foram submetidos à fermentação pelas leveduras Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2 e Candida guilliermondii FTI 20037 para produção de etanol e xilitol, respectivamente e Saccharomyces cerevisiae 174 para produção de etanol pelos métodos SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) e SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation). A caracterização química da casca de café apresentou concentrações de 38,05% de compostos extrativos, 24% de celulose, 19% de hemicelulose, 13,68% de lignina e cerca de 0,36% em cinzas. As melhores condições de pré-tratamento ácido forneceram um hidrolisado com 31,35 g/L de xilose, 12,42 g/L de glicose, 1,25 g/L de ácido acético e pH de 0,8. A fermentação do hidrolisado ácido produziu 6,1 g/L de etanol, com um Yp/s de 0,27 g/g. A fermentação do hidrolisado hemicelulósico de casca de café para produção de xilitol apresentou valores de 2,82 g/L do produto, com um Yp/s de 0,16 g/g. A produção de etanol pelo método SHF a partir do hidrolisado enzimático da casca de café foi de 4,89 g/L nas primeiras 12 horas de fermentação, com Yp/s de 0,20 g/g. A fermentação pelo método SSF produziu 4,66 g/L de etanol, com um Yp/s de 0,17 g/g de etanol no período de 18 horas de fermentação. Frente a isto é possível concluir que a casca de café é uma biomassa com potencial para uso em processos biotecnológicos na produção de compostos com valor agregado como etanol e xilitol.Item Produção de etanol utilizando resíduos do processamento úmido do café(Universidade Federal de Lavras, 2012-02-24) Menezes, Evandro Galvão Tavares; Queiroz, FabianaEste trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar a viabilidade do uso da polpa de café gerada durante o processamento úmido na produção de bioetanol. O primeiro passo foi a caracterização da polpa de café, sendo verificada a existência de consideráveis concentrações de açúcares redutores e celulose, os quais poderiam ser aproveitados na fermentação alcoólica. A polpa de café foi submetida a diferentes processos de extração dos componentes solúveis, sendo o de melhor eficiência o que envolvia trituração a frio e prensagem. O extrato obtido foi utilizado sozinho e como diluente do caldo de cana-de-açúcar e de melaço para formar o meio da fermentação. Pelos resultados, ficou evidente que a utilização de extrato não tem efeitos prejudiciais na fermentação alcoólica. A polpa de café prensada foi submetida ao pré-tratamento alcalino, utilizando-se hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio e, como reator, uma autoclave, a 121 oC, com o objetivo favorecer a hidrólise enzimática. Por meio dos resultados demonstrou-se que, para a polpa de café, o tratamento com hidróxido de sódio foi mais eficiente. Após a escolha do melhor pré-tratamento, a polpa foi submetida a ensaios de hidrólise enzimática. Esta etapa foi realizada para que concentrações ideais de massa (polpa de café pré- tratada) e de enzimas celulases e celobiases fossem selecionadas, aumentando, assim, a concentração de glicose no meio. Escolhidas as melhores condições de hidrólise, o meio foi submetido à fermentação por leveduras Saccharomyces cerevisiae CAT 1. Por meio dos resultados obtidos pode-se demonstrar que a polpa de café pode ser utilizada para a produção de bioetanol, com isso agregando valor a um resíduo agroindustrial.Item Produção de etanol e pectinase por Kluyveromyces marxianus CCT 4086 utilizando resíduos do processamento de café (Coffea arabica L.)(Universidade Federal de Lavras, 2013-02-27) Carmo, Juliana Ribeiro do; Pimenta, Carlos JoséO café é um dos principais produtos agrícolas do Brasil, de importância mundialmente reconhecida. A obtenção de uma bebida de qualidade requer um adequado processamento pós-colheita, que pode ser realizado por via seca ou via úmida, em que são gerados os resíduos casca e polpa de café, respectivamente. Direcionar os resíduos do café aplicando-os em processos biotecnológicos pode ser uma alternativa viável, ecológica e ecomicamente. Partindo desse pressuposto, este trabalho foi realizado com o objetivo verificar a viabilidade científica do uso da polpa de café, gerada durante o processamento por via úmida, na produção de etanol, utilizando-se a levedura Kluyveromyces marxianus CCT 4086 como agente fermentativo. Nos passos iniciais, a polpa de café foi caracterizada e estudaram-se formas de obtenção de uma fase líquida a partir dessa matéria-prima. A sua composição, rica em carboidratos, classificou esse resíduo como potencial substrato para a obtenção de etanol. Dentre as diferentes formas de extração, a mais eficiente (menor consumo de energia, baixas concentrações de polifenóis e satisfatórios teores de açúcares) foi a trituração a frio, seguida de prensagem. A fase líquida da polpa de café originada foi fermentada por Kluyveromyces marxianus CCT 4086 como única fonte de carboidrato ou como diluente de caldo ou de melaço de cana-de-açúcar. Os resultados evidenciaram que a fase líquida da polpa de café não influenciou a obtenção de etanol por Kluyveromyces marxianus CCT 4086, podendo ser utilizada como diluente em meios de cultura destinados a essa finalidade. Esta fase também foi utilizada na elaboração de meios para a produção de poligalacturonase pela levedura em estudo, obtendo-se elevadas concentrações dessa enzima (18 U.g -1 ) quando o teor desse material de 80% (v/v) foi utilizado. Pensando na obtenção de etanol a partir da fração lignocelulósica da polpa de café, estudaram-se diferentes maneiras de pré-tratar alcalinamente a fase sólida (proveniente da trituração e prensagem da polpa de café), com o objetivo de remover a lignina e facilitar a hidrólise da celulose em glicose. Para tanto, utilizou-se um delineamento composto central rotacional, a fim de se otimizar o pré-tratamento alcalino da fase sólida da polpa de café, assumindo como variáveis independentes: concentração de hidróxido de sódio, concentração de hidróxido de cálcio e tempo de pré-tratamento e, como variáveis respostas, a capacidade de hidrólise do material pré-tratado, medida em termos da concentração de glicose e conversão da celulose em glicose. Os resultados demontraram que o pré-tratamento utilizando 4% (m/v) de hidróxido de sódio, sem hidróxido de cálcio e tempo de 25 minutos de pré-tratamento a 121°C proporcionou os melhores resultados. Também foi estudado o pré-tratamento com NaOH 4% e 28% m/v, em 30 dias de armazenamento, à temperatura ambiente, tendo como variáveis respostas as mesmas analisadas no estudo aquente. Os resultados apontaram que o uso de NaOH 4% m/v, após 30 dias de armazenamento, apresentou bons resultados, o que viabiliza o processo de pré- tratamento, por não necessitar da etapa de aquecimento. A fase sólida da polpa de café pré-tratada alcalinamente foi submetida à hidrólise e à fermentação por três diferentes tipos de processos: hidrólise e fermentação separadas (SHF), hidrólise e fermentação semissimultâneas (SSSF) e hidrólise e fermentação simultâneas (SSF), sendo a hidrólise realizada pelas enzimas celulase, ȕ- glucosidase e xilanase e a levedura Kluyveromyces marxianus CCT 4086. Os processos que produziram maiores concentrações finais de etanol foram os processos SHF (21,77 g.L -1 ) e SSSF (21,66 g. L -1 ). Os resultados obtidos neste trabalho apontam para uma nova aplicabilidade biotecnológica da polpa de café: a obtenção de etanol utilizando sua fração líquida e sólida, tendo como agente fermentativo a levedura Kluyveromyces marxianus CCT 4086.