A simple equation for total reducing sugars (TRS) estimation on sweet potato and ethanol yield potential

Sweet potato is an attractive feedstock for ethanol production due to its high starch content and favorable agronomic characteristics. This paper proposes a simple equation to estimate the total reducing sugars (including glucose from starch) in sweet potatoes based on their moisture content (low cost and simple measurement). It allows the calculation of the ethanol production potential of a given sweet potato mash. According to the equation, the ethanol potential increases non-linearly with increasing concentrations of sweet potato mash in the fermenting medium (w/v), reaching a constant value for high concentrations (22 % of ethanol to 10 kg: L of a sweet potato with a moisture content of 66 %). Additionally, the ethanol yield potential is very sensitive to the sweet potato moisture, increasing linearly when the moisture decreases. We emphasize that the relations proposed in this paper can be used by other researchers, who can apply them to their specific cases

Study of three drying methods in production of nutritious flours from the fermentation slurry of orange-fleshed sweet potato

When producing ethanol from sweet potatoes, the fermentation generates slurry with nutritional content but underutilized for human consumption. Therefore, the nutritional properties of the flours obtained from the fermentation slurry of orangefleshed sweet potato (rich in carotenoids) was investigated. Three drying methods were carried out to produce slurry flours: convective using a hot-air (60°C), microwave, and lyophilization. For carotenoids determination, were applied a conventional method and the Raman spectroscopy, a modern and alternative technique. Regarding the drying methods, the microwave was the most promising since it produced flour presenting higher levels of carotenoids (β-carotene 849.7 µg/g and lycopene 548.4 µg/g). Also, the microwave drying time was 15 min, being much faster than the other methods. In the centesimal analysis of macronutrients, the slurry flours presented high fiber content, around 55 g/100 g. Finally, biscuits containing parcels of the flours demonstrated potential acceptability, by sensory analysis evaluating aroma and appearance

Aplicação do CEKF na estimação de parâmetros em modelo dinâmico

Dado a larga aplicação dos modelos matemáticos, a procura pelo aprimoramento dos métodos de identificação de modelos sempre é bem vinda. Foi em cima disto que se desenvolveu o presente trabalho. Considerando a problemática de que os distúrbios desconhecidos nas entradas comprometem a qualidade da estimação dos parâmetros, se estudou a estimação combinada com o estimador de estados CEKF (Constrained Extended Kalmam Filter). Isto porque se supôs que com o emprego do CEKF o efeito do distúrbio desconhecido seria reduzido. Para tanto, se tomou um caso de estudo de seis tanques esféricos interligados e formam simulados dados experimentais computacionalmente. Foi escolhido um ponto de operação para a estimação com base na estimabilidade dos parâmetros. Antes da estimação os dados experimentais foram filtrados. Para a estimação dos parâmetros foi elaborada uma metodologia iterativa, caracterizada pelos três procedimentos: (1) estimação dos parâmetros, (2) ajuste de função objetivo: possibilidade de incorporar as derivadas medidas, bem como os estados e derivadas estimados pelo CEKF e (3) melhoria dos dados com a passagem do CEFK. Em outras palavras, a metodologia desenvolvida consiste em estimações de parâmetros seqüenciais acompanhadas com a melhoria progressiva dos dados devido à aplicação do CEKF. Para o estudo de caso tomado foi perceptível a melhoria na estimação dos parâmetros, tornando interessante a continuidade do estudo que foi iniciado no presente trabalho.Given the wide application of mathematical models, the demand for improvement of methods of identification of models is always welcome. It was upon this that has developed in this work. Considering the problem of the unknown disturbances in the inputs affect the quality of the estimation of parameters, we studied the estimation combined with the estimator states CEKF (Extended Constrained Filter Kalmar). This is because it was assumed that with the use of CEKF the effect of unknown disturbance would be reduced. As such, it took a case study of six spherical tanks interconnected to form simulated experimental data computationally. Was chosen an operating point for the estimation based on the estimated parameters. Before estimating the experimental data were filtered. For the estimation has been elaborated iterative methodology, characterized by three procedures: (1) parameter estimation, (2) adjustment of the objective function: the possibility of incorporating the derived measures, and states and derive the estimated CEKF and (3 ) improvement of data with the passage of CEFK. In other words, the methodology consists of sequential estimation of parameters together with the gradual improvement of data due to application of CEKF. For the case study was taken a noticeable improvement in the estimation of parameters, makes it interesting to continue the study that was initiated in this work

Aplicação do CEKF na estimação de parâmetros em modelo dinâmico

Dado a larga aplicação dos modelos matemáticos, a procura pelo aprimoramento dos métodos de identificação de modelos sempre é bem vinda. Foi em cima disto que se desenvolveu o presente trabalho. Considerando a problemática de que os distúrbios desconhecidos nas entradas comprometem a qualidade da estimação dos parâmetros, se estudou a estimação combinada com o estimador de estados CEKF (Constrained Extended Kalmam Filter). Isto porque se supôs que com o emprego do CEKF o efeito do distúrbio desconhecido seria reduzido. Para tanto, se tomou um caso de estudo de seis tanques esféricos interligados e formam simulados dados experimentais computacionalmente. Foi escolhido um ponto de operação para a estimação com base na estimabilidade dos parâmetros. Antes da estimação os dados experimentais foram filtrados. Para a estimação dos parâmetros foi elaborada uma metodologia iterativa, caracterizada pelos três procedimentos: (1) estimação dos parâmetros, (2) ajuste de função objetivo: possibilidade de incorporar as derivadas medidas, bem como os estados e derivadas estimados pelo CEKF e (3) melhoria dos dados com a passagem do CEFK. Em outras palavras, a metodologia desenvolvida consiste em estimações de parâmetros seqüenciais acompanhadas com a melhoria progressiva dos dados devido à aplicação do CEKF. Para o estudo de caso tomado foi perceptível a melhoria na estimação dos parâmetros, tornando interessante a continuidade do estudo que foi iniciado no presente trabalho.Given the wide application of mathematical models, the demand for improvement of methods of identification of models is always welcome. It was upon this that has developed in this work. Considering the problem of the unknown disturbances in the inputs affect the quality of the estimation of parameters, we studied the estimation combined with the estimator states CEKF (Extended Constrained Filter Kalmar). This is because it was assumed that with the use of CEKF the effect of unknown disturbance would be reduced. As such, it took a case study of six spherical tanks interconnected to form simulated experimental data computationally. Was chosen an operating point for the estimation based on the estimated parameters. Before estimating the experimental data were filtered. For the estimation has been elaborated iterative methodology, characterized by three procedures: (1) parameter estimation, (2) adjustment of the objective function: the possibility of incorporating the derived measures, and states and derive the estimated CEKF and (3 ) improvement of data with the passage of CEFK. In other words, the methodology consists of sequential estimation of parameters together with the gradual improvement of data due to application of CEKF. For the case study was taken a noticeable improvement in the estimation of parameters, makes it interesting to continue the study that was initiated in this work

Inovação e otimização no processo de produção de etanol a partir de batata-doce

No contexto energético o bioetanol tem recebido considerável atenção, por questões ambientais e também pela redução da dependência dos combustíveis de origem fóssil. Embora o Brasil seja o segundo maior produtor mundial de etanol, a produção está concentrada em determinadas regiões, enquanto o Rio Grande do Sul é basicamente um importador. Para mudar tal situação, a batata-doce é uma matéria-prima atrativa, por ser rica em amido e possuir características agronômicas vantajosas. Visando colaborar para a viabilização em maior escala da produção de etanol a partir de batata-doce, o presente trabalho reúne estudos sobre este tema. De trabalhos anteriores desenvolvidos no GIMSCOP, ficou o desafio da obtenção de teores de etanol no vinho entre 10 – 12% (v/v), o que foi alcançado neste trabalho com o aumento da concentração batata: água para 1,5 kg: 1 L. A enzima comercial Stargen 002, recomendada pelo fabricante para o amido granular, foi utilizada para a hidrólise. Em ensaios amido granular vs. batata pré-aquecida em banho-maria (a 76oC), foi obtido um teor de etanol de 9,25% (v/v) em 24 h com o aquecimento prévio, enquanto que com a batata-doce crua o teor foi de 6,13% (v/v) em 58 h. Portanto, o método com a batata pré-aquecida foi selecionado, onde após o pré-aquecimento três processos são conduzidos em única etapa: hidrólise, fermentação e redução da viscosidade. Como resultado de um planejamento composto central, a temperatura e o tempo do processo apresentaram efeitos significativos, com maior sensibilidade à temperatura do que ao tempo. Como a temperatura praticada já estava em torno do ótimo (34oC), o maior ganho foi na redução do tempo, de 24h para 19h. Objetivando aumentar a eficiência de conversão, foi avaliado o efeito do pré-aquecimento em micro-ondas e também do amadurecimento da batata pós-colheita (atuação das próprias amilases ao longo do tempo). O amadurecimento foi positivo, o pico na produção de etanol foi em 25 dias após a colheita. Não foi observado ganho no pré-aquecimento com micro-ondas. Na estimativa de custos do processo, a levedura e a matéria-prima implicaram nas maiores frações do custo total. Visando um futuro processo de destilação com injeção de CO2, é apresentado um estudo teórico-experimental sobre o equilíbrio da mistura água-etanol-CO2 incluindo o estudo experimental de injeção de CO2 em um vinho de batata-doce. Viu-se que são necessários aperfeiçoamentos no modelo e no aparato experimental. Contudo, os resultados experimentais mostraram que se conseguem maiores concentrações de etanol no condensado nas menores vazões de CO2. Foi identificada uma relação linear entre a umidade da batata-doce e o teor de açúcares redutores totais (ART), resultando em uma proposta de estimativa interessante pela praticidade, mas se aconselha que a curva seja construída com dados de um tipo de batata e de fontes controladas. Também, um bom ajuste de curva requer que o método analítico empregado na produção dos pontos seja confiável. Foi iniciado um estudo comparativo de métodos, que deve ser continuado a fim de maximizar a quantificação de glicose com o menor custo de análise.In the energy context ethanol has received considerable attention due to environmental issues and also by reducing the fossil fuels dependence. Although Brazil is the second largest ethanol producer in the world, the production is concentrated in certain regions, whereas Rio Grande do Sul state is practically an exclusive importer. To change this situation, sweet potato is a very attractive feedstock, because it is rich in starch and has favorable agronomic characteristics. Aiming to contribute to the viability of ethanol production from sweet potato in larger scale, this work brings studies upon this topic. In GIMSCOP's previous works, there was the challenge of obtaining ethanol concentration in wine between 10 – 12% (v/v), which was achieved in this work, by increasing the concentration potato: water to 1.5 kg: 1 L. The commercial enzyme Stargen 002 was used for hydrolysis, the manufacturer indicates it to the granular starch. In experiments: granular starch vs. potato preheated in water bath (at 76oC), was obtained an ethanol content 9.25% (v/v) in 24 h when applying the preheating, whereas with raw sweet potato the ethanol content was 6.13% (v/v) in 58 h. Therefore, the preheating method was selected, where after preheating three processes are conducted in a single stage: hydrolysis, fermentation and reduction of viscosity. A central composite design was carried out, the temperature and process time showed significant effects, with higher sensitivity to temperature than time. However, the practiced temperature was already around the optimum (34oC), the most important gain was the time reducing, from 24 h to 19 h. In order to increase conversion efficiency, was evaluated the effect of pre-heating in microwave and also sweet potato ripening over post-harvest (action of own amylases over time). The ripening was positive, the ethanol production peak was at 25 days after harvest. There was no gain in the preheating with microwave. In the process's costs estimation, the yeast and feedstock resulted in the largest fraction of total cost. Aiming a future process of distillation with CO2 injection, this work presents a theoretical and experimental study of the mixture water-ethanol-CO2 equilibrium, also there is an experimental study of CO2 injection through a sweet potato wine. It was seen that improvement is needed in the model and the experimental apparatus. However, experimental results showed that higher ethanol concentrations can be obtained in the condensate with lower CO2 flows. A linear relationship was found between the sweet potato moisture and the total reducing sugars (TRS), resulting in an interesting proposal for estimating due to practicality, but it is advisable that the curve be constructed with data from a kind of sweet potato with controlled sources. Also, a good curve fitting requires a reliable analytical method when obtaining the experimental points. A comparative study between methods was initiated, and it must be continued, in order to maximize the glucose quantification with lower cost analysis

Inovação e otimização no processo de produção de etanol a partir de batata-doce

No contexto energético o bioetanol tem recebido considerável atenção, por questões ambientais e também pela redução da dependência dos combustíveis de origem fóssil. Embora o Brasil seja o segundo maior produtor mundial de etanol, a produção está concentrada em determinadas regiões, enquanto o Rio Grande do Sul é basicamente um importador. Para mudar tal situação, a batata-doce é uma matéria-prima atrativa, por ser rica em amido e possuir características agronômicas vantajosas. Visando colaborar para a viabilização em maior escala da produção de etanol a partir de batata-doce, o presente trabalho reúne estudos sobre este tema. De trabalhos anteriores desenvolvidos no GIMSCOP, ficou o desafio da obtenção de teores de etanol no vinho entre 10 – 12% (v/v), o que foi alcançado neste trabalho com o aumento da concentração batata: água para 1,5 kg: 1 L. A enzima comercial Stargen 002, recomendada pelo fabricante para o amido granular, foi utilizada para a hidrólise. Em ensaios amido granular vs. batata pré-aquecida em banho-maria (a 76oC), foi obtido um teor de etanol de 9,25% (v/v) em 24 h com o aquecimento prévio, enquanto que com a batata-doce crua o teor foi de 6,13% (v/v) em 58 h. Portanto, o método com a batata pré-aquecida foi selecionado, onde após o pré-aquecimento três processos são conduzidos em única etapa: hidrólise, fermentação e redução da viscosidade. Como resultado de um planejamento composto central, a temperatura e o tempo do processo apresentaram efeitos significativos, com maior sensibilidade à temperatura do que ao tempo. Como a temperatura praticada já estava em torno do ótimo (34oC), o maior ganho foi na redução do tempo, de 24h para 19h. Objetivando aumentar a eficiência de conversão, foi avaliado o efeito do pré-aquecimento em micro-ondas e também do amadurecimento da batata pós-colheita (atuação das próprias amilases ao longo do tempo). O amadurecimento foi positivo, o pico na produção de etanol foi em 25 dias após a colheita. Não foi observado ganho no pré-aquecimento com micro-ondas. Na estimativa de custos do processo, a levedura e a matéria-prima implicaram nas maiores frações do custo total. Visando um futuro processo de destilação com injeção de CO2, é apresentado um estudo teórico-experimental sobre o equilíbrio da mistura água-etanol-CO2 incluindo o estudo experimental de injeção de CO2 em um vinho de batata-doce. Viu-se que são necessários aperfeiçoamentos no modelo e no aparato experimental. Contudo, os resultados experimentais mostraram que se conseguem maiores concentrações de etanol no condensado nas menores vazões de CO2. Foi identificada uma relação linear entre a umidade da batata-doce e o teor de açúcares redutores totais (ART), resultando em uma proposta de estimativa interessante pela praticidade, mas se aconselha que a curva seja construída com dados de um tipo de batata e de fontes controladas. Também, um bom ajuste de curva requer que o método analítico empregado na produção dos pontos seja confiável. Foi iniciado um estudo comparativo de métodos, que deve ser continuado a fim de maximizar a quantificação de glicose com o menor custo de análise.In the energy context ethanol has received considerable attention due to environmental issues and also by reducing the fossil fuels dependence. Although Brazil is the second largest ethanol producer in the world, the production is concentrated in certain regions, whereas Rio Grande do Sul state is practically an exclusive importer. To change this situation, sweet potato is a very attractive feedstock, because it is rich in starch and has favorable agronomic characteristics. Aiming to contribute to the viability of ethanol production from sweet potato in larger scale, this work brings studies upon this topic. In GIMSCOP's previous works, there was the challenge of obtaining ethanol concentration in wine between 10 – 12% (v/v), which was achieved in this work, by increasing the concentration potato: water to 1.5 kg: 1 L. The commercial enzyme Stargen 002 was used for hydrolysis, the manufacturer indicates it to the granular starch. In experiments: granular starch vs. potato preheated in water bath (at 76oC), was obtained an ethanol content 9.25% (v/v) in 24 h when applying the preheating, whereas with raw sweet potato the ethanol content was 6.13% (v/v) in 58 h. Therefore, the preheating method was selected, where after preheating three processes are conducted in a single stage: hydrolysis, fermentation and reduction of viscosity. A central composite design was carried out, the temperature and process time showed significant effects, with higher sensitivity to temperature than time. However, the practiced temperature was already around the optimum (34oC), the most important gain was the time reducing, from 24 h to 19 h. In order to increase conversion efficiency, was evaluated the effect of pre-heating in microwave and also sweet potato ripening over post-harvest (action of own amylases over time). The ripening was positive, the ethanol production peak was at 25 days after harvest. There was no gain in the preheating with microwave. In the process's costs estimation, the yeast and feedstock resulted in the largest fraction of total cost. Aiming a future process of distillation with CO2 injection, this work presents a theoretical and experimental study of the mixture water-ethanol-CO2 equilibrium, also there is an experimental study of CO2 injection through a sweet potato wine. It was seen that improvement is needed in the model and the experimental apparatus. However, experimental results showed that higher ethanol concentrations can be obtained in the condensate with lower CO2 flows. A linear relationship was found between the sweet potato moisture and the total reducing sugars (TRS), resulting in an interesting proposal for estimating due to practicality, but it is advisable that the curve be constructed with data from a kind of sweet potato with controlled sources. Also, a good curve fitting requires a reliable analytical method when obtaining the experimental points. A comparative study between methods was initiated, and it must be continued, in order to maximize the glucose quantification with lower cost analysis

Estudo Tecnológico da Produção de Etanol de Batata-Doce, Visando Otimização de Variáveis e Viabilidade Financeira

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