Uso de glicerina residual e glicerol na preparação de biopolímero

A glicerina loira, um coproduto obtido na produção do biodiesel pela reação de transesterificação, tem sido gerado na última década, em grandes quantidades cada vez maiores, devido ao aumento na produção desse biocombustível. Dessa forma, tornam-se importantes pesquisas relacionadas ao desenvolvimento de materiais e produtos que agreguem valor e destino ecologicamente adequado à esse resíduo. Nesse contexto, o presente estudo trata do reaproveitamento da glicerina loira na síntese de um biopolímero biodegradável, o poli(citrato de glicerol). As polimerizações foram estudadas empregando-se ácido cítrico/glicerina loira e ZnCl2 como catalisador. Obtiveram-se conversões de 58,2 % em 120 min de reação, usando-se a glicerina loira, sem tratamento prévio. Tais dados indicam a viabilidade do reuso da glicerina loira, sem pré-tratamentos, na preparação do respectivo biopolímero, um material com valor agregado e vantajoso ambientalmente.A glicerina loira, um coproduto obtido na produção do biodiesel pela reação de transesterificação, tem sido gerado na última década, em grandes quantidades cada vez maiores, devido ao aumento na produção desse biocombustível. Dessa forma, tornam-se importantes pesquisas relacionadas ao desenvolvimento de materiais e produtos que agreguem valor e destino ecologicamente adequado à esse resíduo. Nesse contexto, o presente estudo trata do reaproveitamento da glicerina loira na síntese de um biopolímero biodegradável, o poli(citrato de glicerol). As polimerizações foram estudadas empregando-se ácido cítrico/glicerina loira e ZnCl2 como catalisador. Obtiveram-se conversões de 58,2% em 120 min de reação, usando-se a glicerina loira, sem tratamento prévio. Tais dados indicam a viabilidade do reuso da glicerina loira, sem pré-tratamentos, na preparação do respectivo biopolímero, um material com valor agregado e vantajoso ambientalmente

Revisão sobre a toxicidade e impactos ambientais relacionados à vinhaça, efluente da indústria sucroalcooleira

O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de etanol proveniente de cana-de-açúcar. No processo de produção do biocombustível etanol vários resíduos são gerados, dentre eles destaca-se a vinhaça como o mais preocupante, devido as suas características físico-químicas e grande volume gerado. Este efluente é caracterizado altos teores de matéria orgânica, apresentando elevada demanda bioquímica de oxigênio (DBO), pH ácido e a presença de elementos como potássio e enxofre. Tais propriedades conferem a vinhaça um grande poder como poluidor ambiental. Estudos demonstram a contaminação de águas, solos, flora e fauna de mananciais. Considerando-se que o etanol é produzido empregando-se diferentes matérias primas, em inúmeros países, é possível concluir que estamos diante de um problema mundial bastante relevante, relacionado aos usos, armazenamento e descarte desse efluente. Essa revisão apresenta detalhadamente a origem, as propriedades e os impactos ambientais relacionados à vinhaça

Study of the biotechnological production of xylitol in a fluidized bed reactor using sugarcane bagasse and immobilized cells: evaluation of operational parameters and economical viability

O xilitol vem se destacando nas áreas alimentícia, odontológica, farmacêutica e médica, além de apresentar significativo potencial de aplicação em outros segmentos industriais (têxteis e químicos). Os benefícios do xilitol abriram as portas para novas áreas de venda além de crescimento no setor de póliols e adoçantes no mercado mundial. O presente trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma tecnologia tecnicamente e economicamente viável para a obtenção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico do bagaço de cana-de-açúcar, utilizando biorreator de leito fluidizado com células da levedura Candida guilliermondii FTI 20037 imobilizadas em suporte natural de alginato de cálcio. Para avaliar a viabilidade técnica deste processo biotecnológico, foram realizados fermentações em bateladas simples conforme um planejamento fatorial 23 com três pontos centrais. Em seguida, foi avaliada a influência das variáveis, fluxo de fluidização, fator de concentração do hidrolisado e vazão do ar no fator de rendimento (Yp/s) e na produtividade volumétrica (Qp). Segundo os resultados obtidos, observou-se que apenas o aumento no fluxo de fluidização exerceu uma influência positiva no fator de rendimento e na produtividade do processo. Tal fato é devido a uma melhor transferência de oxigênio do meio para o interior do suporte de imobilização, resultando em maior consumo de xilose e produção de xilitol. O processo biotecnológico utilizado neste trabalho resultou em, uma concentração final de xilitol de 34 g/L a partir de uma concentração inicial de xilose de 49 g/L, um fator de rendimento (Yp/s) de 0,7 g/g (equivalente a 76 % de eficiência de bioconversão) e uma produtividade volumétrica (Qp) de 0,44 g/L.h, após 72h de fermentação. Foram realizados também fermentações em bateladas repetidas com reciclo das células imobilizado, nas condições de fermentação otimizadas e indicadas pela análise estatística realizada. Verificou-se que, o fator de rendimento (Yp/s) e a produtividade volumétrica (Qp) do processo apresentaram pequenas variações ao longo das 6 bateladas repetidas (B1-B6), com uma produção final média de 31,5 g/L de xilitol. Entretanto, a partir da batelada B7 observou-se, uma diminuição de 44 % na concentração final do xilitol produzido (17 g/L) e de 28% no número final de células viáveis imobilizadas (3,4 x1010 mL/cel.) em comparação com as bateladas B1-B6 (valor médio de 4,7x1010 mL/cel.), após 72 h de fermentação. Esta redução no crescimento das células imobilizadas pode ser explicada pela possível difusão e acúmulo de materiais insolúvel proveniente do hidrolisado, ao longo das 7 bateladas remetidas, para o interior do suporte de imobilização propiciando assim limitações na transferência de xilose no meio de fermentação para o interior das células encapsuladas. Com o objetivo de avaliar o custo de produção de xilitol, foi realizado um estudo técnico-econômico para a produção de xarope de xilitol de 80% de pureza, utilizando hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana em uma planta piloto com capacidade de processar 1 tonelada de bagaço. Segundo os resultados obtidos deste estudo, observou-se que este processo biotecnológico para a produção de xilitol mostrou-se economicamente viável com um payback de 24 meses e uma TIR (Taxa interna de retorno) de 51,7%, sendo o preço estimado para a venda do xarope de xilitol no mercado de R$211,60. Visando reduzir o custo de venda deste xarope e aumentar a competitividade do xilitol em relação a outros póliols encontrados no mercado, foram sugeridas modificações em algumas etapas do processo realizado neste trabalho (aumento na eficiência da hidrólise para 80$ 113,10, correspondendo a apenas 28 % do preço de venda do xilitol cristalizado no mercado interno (R$402,50). O processo biotecnológico para a produção de xilitol mostrou-se economicamente promissor para uma futura implantação em nível industrial.Xylitol is being distinguished for its application in the industries of food, odontology and pharmacy; furthermore, it presents a potential use in other industrial segments (textiles and chemicals). The different benefits of xylitol will open doors for new selling areas which will lead to its growth in the international market of polyols and alternative sweeteners. The present work had as an objective the contribution in the development of a technically and economically viable technology for the production of xylitol starting from the hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse, using a fluidized bed bioreactor with yeast cells of Candida guilliermondii FTI 20037 immobilized in a natural support of calcium alginate. To evaluate the technical viability of this biotechnological process, they were realized simple batch fermentations according to a factorial design 23 with three central points. Furthermore, it was evaluated the influence of the variables, fluidization flux, hydrolysate concentration factor and air flux in the process yield (Yp/s) and volumetric productivity (Qp). According to the obtained results it was observed that, only an increase in the fluidizations flux exercised a positive influence in process yield and volumetric productivity. This fact is due to a better oxygen transfer to the inside of the immobilization support, resulting in a higher xylose consumption and xylitol production. The biotechnological process used in this work resulted in, a final concentration of xylitol of 34 g/L starting from an initial concentration of xylose of 49 g/L, a yield (Yp/s) of 0.7 g/g (corresponding to 76$ 211.60 in the internal market. Aiming to reduce the selling cost of xylitol syrup and increase its competitiveness in relation to other polyols found in the market, they were suggested modifications in some stages of the process used in this work (increase in the hydrolysis efficiency to 80% and the utilization of ionic exchange resins in the treatment of the hemicellulosic hydrolysate). The modified process resulted in a reduction in the selling price of xylitol syrup, being this value estimated in R$113.10 corresponding to only 28$ 402.50). The biotechnological production of xylitol has shown to be economically promising for future implantation at industrial level

Study of the biotechnological production of xylitol in a fluidized bed reactor using sugarcane bagasse and immobilized cells: evaluation of operational parameters and economical viability

O xilitol vem se destacando nas áreas alimentícia, odontológica, farmacêutica e médica, além de apresentar significativo potencial de aplicação em outros segmentos industriais (têxteis e químicos). Os benefícios do xilitol abriram as portas para novas áreas de venda além de crescimento no setor de póliols e adoçantes no mercado mundial. O presente trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento de uma tecnologia tecnicamente e economicamente viável para a obtenção de xilitol a partir do hidrolisado hemicelulósico do bagaço de cana-de-açúcar, utilizando biorreator de leito fluidizado com células da levedura Candida guilliermondii FTI 20037 imobilizadas em suporte natural de alginato de cálcio. Para avaliar a viabilidade técnica deste processo biotecnológico, foram realizados fermentações em bateladas simples conforme um planejamento fatorial 23 com três pontos centrais. Em seguida, foi avaliada a influência das variáveis, fluxo de fluidização, fator de concentração do hidrolisado e vazão do ar no fator de rendimento (Yp/s) e na produtividade volumétrica (Qp). Segundo os resultados obtidos, observou-se que apenas o aumento no fluxo de fluidização exerceu uma influência positiva no fator de rendimento e na produtividade do processo. Tal fato é devido a uma melhor transferência de oxigênio do meio para o interior do suporte de imobilização, resultando em maior consumo de xilose e produção de xilitol. O processo biotecnológico utilizado neste trabalho resultou em, uma concentração final de xilitol de 34 g/L a partir de uma concentração inicial de xilose de 49 g/L, um fator de rendimento (Yp/s) de 0,7 g/g (equivalente a 76 % de eficiência de bioconversão) e uma produtividade volumétrica (Qp) de 0,44 g/L.h, após 72h de fermentação. Foram realizados também fermentações em bateladas repetidas com reciclo das células imobilizado, nas condições de fermentação otimizadas e indicadas pela análise estatística realizada. Verificou-se que, o fator de rendimento (Yp/s) e a produtividade volumétrica (Qp) do processo apresentaram pequenas variações ao longo das 6 bateladas repetidas (B1-B6), com uma produção final média de 31,5 g/L de xilitol. Entretanto, a partir da batelada B7 observou-se, uma diminuição de 44 % na concentração final do xilitol produzido (17 g/L) e de 28% no número final de células viáveis imobilizadas (3,4 x1010 mL/cel.) em comparação com as bateladas B1-B6 (valor médio de 4,7x1010 mL/cel.), após 72 h de fermentação. Esta redução no crescimento das células imobilizadas pode ser explicada pela possível difusão e acúmulo de materiais insolúvel proveniente do hidrolisado, ao longo das 7 bateladas remetidas, para o interior do suporte de imobilização propiciando assim limitações na transferência de xilose no meio de fermentação para o interior das células encapsuladas. Com o objetivo de avaliar o custo de produção de xilitol, foi realizado um estudo técnico-econômico para a produção de xarope de xilitol de 80% de pureza, utilizando hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana em uma planta piloto com capacidade de processar 1 tonelada de bagaço. Segundo os resultados obtidos deste estudo, observou-se que este processo biotecnológico para a produção de xilitol mostrou-se economicamente viável com um payback de 24 meses e uma TIR (Taxa interna de retorno) de 51,7%, sendo o preço estimado para a venda do xarope de xilitol no mercado de R$211,60. Visando reduzir o custo de venda deste xarope e aumentar a competitividade do xilitol em relação a outros póliols encontrados no mercado, foram sugeridas modificações em algumas etapas do processo realizado neste trabalho (aumento na eficiência da hidrólise para 80$ 113,10, correspondendo a apenas 28 % do preço de venda do xilitol cristalizado no mercado interno (R$402,50). O processo biotecnológico para a produção de xilitol mostrou-se economicamente promissor para uma futura implantação em nível industrial.Xylitol is being distinguished for its application in the industries of food, odontology and pharmacy; furthermore, it presents a potential use in other industrial segments (textiles and chemicals). The different benefits of xylitol will open doors for new selling areas which will lead to its growth in the international market of polyols and alternative sweeteners. The present work had as an objective the contribution in the development of a technically and economically viable technology for the production of xylitol starting from the hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse, using a fluidized bed bioreactor with yeast cells of Candida guilliermondii FTI 20037 immobilized in a natural support of calcium alginate. To evaluate the technical viability of this biotechnological process, they were realized simple batch fermentations according to a factorial design 23 with three central points. Furthermore, it was evaluated the influence of the variables, fluidization flux, hydrolysate concentration factor and air flux in the process yield (Yp/s) and volumetric productivity (Qp). According to the obtained results it was observed that, only an increase in the fluidizations flux exercised a positive influence in process yield and volumetric productivity. This fact is due to a better oxygen transfer to the inside of the immobilization support, resulting in a higher xylose consumption and xylitol production. The biotechnological process used in this work resulted in, a final concentration of xylitol of 34 g/L starting from an initial concentration of xylose of 49 g/L, a yield (Yp/s) of 0.7 g/g (corresponding to 76$ 211.60 in the internal market. Aiming to reduce the selling cost of xylitol syrup and increase its competitiveness in relation to other polyols found in the market, they were suggested modifications in some stages of the process used in this work (increase in the hydrolysis efficiency to 80% and the utilization of ionic exchange resins in the treatment of the hemicellulosic hydrolysate). The modified process resulted in a reduction in the selling price of xylitol syrup, being this value estimated in R$113.10 corresponding to only 28$ 402.50). The biotechnological production of xylitol has shown to be economically promising for future implantation at industrial level

A study of single-step hydrolysis of bagasse with concentrated sulphuric acid for obtaining ethanol and in a modified single step and corresponding technical-economic analysis

This work deals with acid hydrolysis of bagasse in lust one step and in a modified step using concentrated sulphuric acid. The study analysed the influence of three independent variables on the single-step process (reaction time, solid percentage of bagasse and temperature). The highest conversion obtained in single-step hydrolysis was 87.65% fermentative sugars, using 70% sulphuric acid with 2% solids at 50oC for 1 hour. The modified process was carried out based on these results; 97.5% maximum conversion of fermentative sugars was achieved using 30% acid dilution. Concentrated sulphuric acid single-stage hydrolysis of bagasse and in a single modified stage were sublected to technical-economic analysis. Starting from the results obtained experimentally of the process at laboratory level and elevated to a possible plant with a capacity to produce 800 HL alcohol/day. VAN and PRD indices indicated that single-stage concentrated acid hydrolysis (variant 1) having 8,310,659.27 VAN and 3 year PRD was more feasible than the modified process (variant 2) having 3,293,318.69 VAN and 7 year PRD

Estudio de la hidrólisis del bagazo con ácido sulfürico concentrado utilizando dos variantes de una sola etapa y una sola etapa modificada para la obtención de etanol y análisis técnico-económico de dicho proceso.

En este trabalo se realiza a escala de laboratorio el proceso de hidrólisis ácida del bagazo utilizando ácido sulfürico concentrado en una sola etapa y en una etapa modificada. En el estudio se analizó la influencia de tres variables independientes: tiempo de reacción, porcentale de sólidos del bagazo y la temperatura sobre el proceso en una sola etapa. La máxima conversión obtenida para la hidrólisis en una etapa fue de 87,65% de azücares fermentables utilizando ácido sulfürico al 70%, 2% de sólidos y una temperatura de 50oC durante 1 hora de reacción. A partir de estos resultados se realizó el proceso modificado obteniéndose una conversión máxima de 97,5% de azücares fermentables a una dilución del ácido al 30%. Se realizó además un análisis técnico-económico de ambas variantes partiendo de los resultados experimentales obtenidos en cada proceso; los valores fueron calculados para una futura planta con capacidad de producir 800 HL de alcohol/dIa. Los Indices VAN Y PRD indicaron que la hidrólisis ácida concentrada en una sola etapa (variante 1) con un VAN de 8310659.27 y un PRD de tres anos es más factible que el proceso modificado (variante 2) con un VAN de 3293318.69 y un PRD de siete anos.This work deals with acid hydrolysis of bagasse in lust one step and in a modified step using concentrated sulphuric acid. The study analysed the influence of three independent variables on the single-step process (reaction time, solid percentage of bagasse and temperature). The highest conversion obtained in single-step hydrolysis was 87.65% fermentative sugars, using 70% sulphuric acid with 2% solids at 50oC for 1 hour. The modified process was carried out based on these results; 97.5% maximum conversion of fermentative sugars was achieved using 30% acid dilution. Concentrated sulphuric acid single-stage hydrolysis of bagasse and in a single modified stage were sublected to technical-economic analysis. Starting from the results obtained experimentally of the process at laboratory level and elevated to a possible plant with a capacity to produce 800 HL alcohol/day. VAN and PRD indices indicated that single-stage concentrated acid hydrolysis (variant 1) having 8,310,659.27 VAN and 3 year PRD was more feasible than the modified process (variant 2) having 3,293,318.69 VAN and 7 year PRD

Estudio de la hidrolisis del bagazo con ácido sulfúrico concentrado utilizando dos variantes de una sola etapa y una sola etapa modificada para la obtención de etanol y análisis técnico-económico de dicho proceso

This work deals with acid hydrolysis of bagasse in just one step and in a modified step using concentrated sulphuric acid. The study analysed the influence of three independent variables on the single-step process (reaction time, solid percentage of bagasse and temperature). The highest conversion obtained in single-step hydrolysis was 87.65% fermentative sugars, using 70% sulphuric acid with 2% solids at 50ºC for 1 hour. The modified process was carried out based on these results; 97.5% maximum conversion of fermentative sugars was achieved using 30% acid dilution. Concentrated sulphuric acid single-stage hydrolysis of bagasse and in a single modified stage were subjected to technical-economic analysis. Starting from the results obtained experimentally of the process at laboratory level and elevated to a possible plant with a capacity to produce 800 HL alcohol/day. VAN and PRD indices indicated that single-stage concentrated acid hydrolysis Variant 1) having 8,310,659.27 VAN and 3 year PRD was more feasible than the modified process (variant 2) having 3,293,318.69 VAN and 7 year PRD.En este trabajo se realiza a escala de laboratorio el proceso de hidrólisis ácida del bagazo utilizando ácido sulfúrico concentrado en una sola etapa y en una etapa modificada. En el estudio se analizó la influencia de tres variables independientes: tiempo de reacción, porcentaje de sólidos del bagazo y la temperatura sobre el proceso en una sola etapa. La máxima conversión obtenida para la hidrólisis en una etapa fue de 87,65% de azúcares fermentables utilizando ácido sulfúrico al 70%, 2% de sólidos y una temperatura de 50ºC durante 1 hora de reacción. A partir de estos resultados se realizó el proceso modificado obteniéndose una conversión máxima de 97,5% de azúcares fermentables a una dilución del ácido al 30%. Se realizó además un análisis técnico-económico de ambas variantes partiendo de los resultados experimentales obtenidos en cada proceso; los valores fueron calculados para una futura planta con capacidad de producir 800 HL de alcohol/día. Los índices VAN Y PRD indicaron que la hidrólisis ácida concentrada en una sola etapa (variante 1) con un VAN de 8310659.27 y un PRD de tres años es más factible que el proceso modificado (variante 2) con un VAN de 3293318.69 y un PRD de siete años

Evaluation of hydrodynamic parameters of a fluidized-bed reactor with immobilized yeast

The fluidized bed reactor has successfully been used to perform biotechnological processes addressed to the production of high added value. The present work evaluates hydrodynamic parameters of a bench-scale fluidized bed reactor with cells of the yeast Candida guilliermondii immobilized either in calcium alginate beads or in polyvinyl alcohol (PVA). The effects of the following variables on cell immobilization were evaluated at 30 degrees C and feeding a synthetic medium containing 50 g L-1 xylose: total particle density (cells plus support), terminal velocity, particle drag force, minimum fluidization velocity and bed porosity. According to the results obtained, the reactor was shown to operate like a fixed-bed bioreactor at xi < 0.5 and a fluidized bed bioreactor at xi > 0.5. The maximum flow rate needed to obtain maximum bed fluidization in the reactor was equal to the terminal velocity of the immobilized cell particles. Particles of cells immobilized within these supports showed values of drag coefficient lower than those reported for other high-density supports. The evaluation of these hydrodynamic characteristics lead to an adequate bed fluidization inside the reactor, thus improving oxygen transference and availability in the fermentation medium, making the process more viable for future scale-up. (c) 2008 Society of Chemical Industry

Síntese e caracterização do poli-(sorbitol co-citrato adipado) biopolímero para obter um biomaterial

This work describes the synthesis and physicochemical and microstructural characterization of poly(sorbitol adipate co-citrate) with the aim of obtaining a sustainable biopolymer derived from renewable and non-toxic sources intended for applications such as biomaterial. Polymerizations at three different ratios of sorbitol and adipic and citric acids (A, B and C) were studied. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) techniques. Such analyses showed that only in state C was an amorphous copolyester obtained, with different particle sizes and visibly hard and with a translucent yellowish color.Este trabalho requer a síntese e a caracterização física-química e microestrutural da poli- (adipato de co-citrato de sorbitol) completa a obtenção de um biopolímero sustentável derivado de fontes renováveis e não tóxicas voltado para aplicações como biomateriais. As polimerizações foram estudadas em três proporções diferentes de sorbitol e ácidos adípico e cítrico (A, B e C). Os materiais foram caracterizados por técnicas de difração de raios X (XRD), espectroscopia de infravermelho (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Tais análises inalteradas que apenas na condição C foi encontrada um copoliéster amorfo, com diferentes tamanhos de partícula e visivelmente duro e com uma cor amarelada translúcida