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Title: Biorrefinaria multiproduto do bagaço de malte : uma análise integrada das plataformas de extração de proteína seguida da produção de ácidos graxos voláteis por digestão anaeróbia.
Authors: Fonseca, Yasmim Arantes da
metadata.dc.contributor.advisor: Baeta, Bruno Eduardo Lobo
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Keywords: Sustentabilidade e meio ambiente
Biorrefinaria
Economia circular
Agroindústria
Resíduos agrícolas - malte
Issue Date: 2023
metadata.dc.contributor.referee: Baeta, Bruno Eduardo Lobo
Silva, Silvana de Queiroz
Santos, André Bezerra dos
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Guimarães, Valeria Monteze
Dragone, Solange Ines Mussatto
Herrera Adarme, Oscar Fernando
Citation: FONSECA, Yasmim Arantes da. Biorrefinaria multiproduto do bagaço de malte: uma análise integrada das plataformas de extração de proteína seguida da produção de ácidos graxos voláteis por digestão anaeróbia. 2023. 171 f. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) - Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2023.
Abstract: O bagaço de malte (BM) representa 85% do total de resíduos produzidos durante o processo de fabricação de cerveja, com um volume global de produção anual superior a 38 Mton. No Brasil, a maior parte desse resíduo agroindustrial é usado como suplementação nutricional para animais. Entretanto, no contexto da economia circular, essa biomassa pode ser fracionada para a obtenção de múltiplos produtos, dentre os quais as proteínas e os ácidos graxos voláteis (AGVs). Assim, nesse estudo foi avaliado o pré-tratamento alcalino sob pressão reduzida (PAPR) para extrair proteínas do bagaço de malte bruto, além da produção de ácidos carboxílicos por digestão anaeróbia a partir da fração sólida pré-tratada. A condição ótima do PAPR (T = 70oC, P = 455 mBar, t = 1 h e [NaOH] = 180 mmol L−1) foi capaz de remover 80% das proteínas do BM. Além disso, a condição otimizada foi seletiva (76,8%), teve uma pegada de carbono estimada reduzida (0,43 g CO2 g proteína extraída −1) e requer um tempo curto de reação (1 h). A remoção das proteínas do bagaço de malte não afetou o uso posterior da fração sólida para a produção de AGVs, como mostraram os resultados dos testes de digestão anaeróbia realizados com bagaço de malte in natura (BM-N) (cAGVs = 8005,3 mg L −1 ) e pré-tratado (BM-P) (cAGVs = 8126.6 mg L −1). O esterco bovino pré-tratado termicamente foi o melhor inóculo para a produção de AGVs a partir do BM, quando comparado aos tratamentos ácido, alcalino e com 2-bromoetanosulfato. A condição otimizada (T = 25oC e pH = 9) para a produção de AGVs a partir da fração sólida do bagaço de malte produziu 7900 mg L −1 de AGVs. Nos testes de fermentação, Clostridiaceae e Peptostreptococcaceae foram os membros mais abundantes nos reatores alimentados com BM-N. Por outro lado, nos reatores alimentados com BM-P a comunidade microbiana foi dominada pelas famílias Bacteroidaceae e Oscillospiraceae, que juntas representaram mais de 52% dos microrganismos identificados. A análise do ciclo de vida das tecnologias emergentes mostrou os pontos críticos para melhorar a atratividade das plataformas investigadas, quando comparada ao business as usual. A plataforma 2 (proteínas, gás natural e fertilizantes) foi a que apresentou menores emissões na categoria aquecimento global (2,4 kg CO2-eq). Para a plataforma multiproduto 3 (proteínas, AGVs, gás natural e fertilizantes) (10,0 kg CO2-eq) sugere-se que os estudos futuros concentrem os seus esforços em aumentar a eficiência de conversão da digestão anaeróbia visando a produção de AGVs.
metadata.dc.description.abstracten: Brewer’s spent grains (BSG) represent 85% of the total waste produced by the brewing industry, with a global annual production volume exceeding 38 Mton. In Brazil, most of this agro-industrial waste is used as nutritional supplementation for animals. However, in a circular economy, this biomass can be fractionated to obtain multiple products, including proteins and volatile fatty acids (VFAs). This study evaluated the reduced pressure alkaline pretreatment (RPAP) to extract proteins from raw BSG, as well as the production of carboxylic acids through anaerobic digestion from the pretreated solid fraction. The optimal RPAP condition (T = 70oC, P = 455 mBar, t = 1 h, [NaOH] = 180 mmol L−1 ) was able to remove 80% of the proteins from BSG. Furthermore, the optimized condition was selective (76.8%), presented a reduced estimated carbon footprint (0.43 g CO2 per g of extracted protein), and required a short reaction time (1 h). The removal of proteins from BSG did not affect the subsequent use of the solid fraction for VFA production, as shown by the results of anaerobic digestion tests conducted with non-pretreated BSG (BSG-N) (cVFAs = 8005.3 mg L − 1 ) and pretreated BSG (BSG-P) (cVFAs = 8126.6 mg L−1 ). Thermally pretreated bovine manure was the best inoculum for VFA production from BSG when compared to acid, alkaline, and 2-bromoethanesulfate treatments. The optimized condition (T = 25oC and pH = 9) for VFA production from BSG-P produced 7900 mg L−1 of VFAs. In fermentation tests, Clostridiaceae and Peptostreptococcaceae were the most abundant members in the reactors fed with BSG-N. On the other hand, in reactors fed with BSG-P, the microbial community was dominated by the families Bacteroidaceae and Oscillospiraceae, which together accounted for more than 52% of the identified microorganisms. Prospective life cycle assessment (LCA) of emerging technologies showed the critical points to improve the attractiveness of the investigated platforms when compared to business as usual. Platform 2 (proteins, natural gas, and fertilizers) had the lowest emissions in the global warming category (2.4 kg CO2-eq). For the multiproduct platform 3 (proteins, VFAs, natural gas, and fertilizers) (10.0 kg CO2-eq) future studies should focus their efforts on increasing the anaerobic digestion conversion efficiency for VFA production.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/18129
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