Publication
An integrated valorization of grape stalks for production of value-added compounds : case study of the production of sugars for second generation ethanol biorefeneries
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Ciências Biológicas | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Madureira, Ana Raquel Mendes Ferreira Monteiro | |
| dc.contributor.advisor | Pintado, Maria Manuela Estevez | |
| dc.contributor.author | Tuğba Atatoprak | |
| dc.date.accessioned | 2021-01-22T11:53:11Z | |
| dc.date.available | 2021-01-22T11:53:11Z | |
| dc.date.issued | 2019-05-29 | |
| dc.date.submitted | 2019 | |
| dc.description.abstract | A biomassa lignocelulósica é um dos principais recursos energéticos alternativos para lidar com os problemas de aquecimento global e depleção dos recursos de combustíveis fósseis. O bagaço de uva é um exemplo de biomassa lignocelulósica que é composta por celulose, hemicelulose, lignina e outros compostos (ceras, taninos, etc.).. Assim, a valorização integral da biomassa do bagaço de uva branca e vermelha foi realizada de forma a maximizar o seu valor económico, para a produção de bio-açúcares, lignina, compostos fenólicos e nanocelulose. O processo foi iniciado com o fracionamento dos extrativos por Soxlet no qual foi possível verificar que independentemente do processo de extração aplicado, a % de extrativos é consideravelmente maior em bagaço de uva branca do que em uva vermelha (ca. 20%). A remoção da lignina para aumentar a acessibilidade aos açúcares e digestibilidade foi realizada através de uma reação alcalina. As concentrações de lignina mais elevadas (ca. 50 %) foram obtidas utilizando 1 % NaOH durante 60 min. Posteriormente, de forma a obter açucares fermentáveis (bio-açúcares), foram testadas hidrólises ácida e enzimática (celluclast e β-glucosidase) no material deslignificado. A hidrólise com ácido sulfúrico a 3,5% permitiu obter uma concentração máxima de glicose (3,22 g/L), xilose (7,29 g/L) e arabinose (0,91 g/L). No entanto, as concentrações mais elevadas de açúcares foram obtidas por hidrólise enzimática do que por hidrólise ácida diluída, com valores de glicose com 6,06 g/L e xilose com 8,08 g/L. De forma, a validar a fermentabilidade dos açucares, estirpes de Pichia stipitis e Saccharomyces cerevisiae foram avaliadas, e caracterizadas quanto à produção de etanol em meios produzidos com açucares provenientes de ambas as hidrolises ácidas e enzimáticas. Pichia stipitis mostrou ser a estirpe de levedura com o melhor crescimento e produção de etanol nos meios de cultura preparados com os açucares derivados da hidrólise enzimática. Foram obtidos rendimentos de etanol de cerca de 0,22 g/L ao longo dos estudos de fermentação. Saccharomyces cerevisiae foi capaz de produzir etanol em ambos os tipos de meio produzidos com açúcares obtidos das hidrólises ácidas e enzimáticas, mas no geral o rendimento de etanol foi baixo ca. 0,14 g/L e 0,005 g/L respectivamente. Desta forma, foi possível concluir que a fermentação com os meios com açucares derivados da hidrolise enzimática e com a estirpe Pichia stipitis, foram as melhores condições encontradas para produzir etanol. Por fim, a parte cristalina da celulose que não sofreu hidrólise foi valorizada para produção de nanocelulose. Foi possível produzir nanocelulose com tamanhos de ca. 295nm e um potencial zeta de -37 mv. Pela primeira vez, a biomassa de bagaço de uva é reportada como uma fonte de nanocelulose, eventualmente potenciando o seu valor | pt_PT |
| dc.description.abstract | Lignocellulosic biomass is one of the potential and key alternative energy resources to deal with the problems of global warming and depletion of fossil fuel resources. Grape stalk is an example of lignocellulosic biomass which is composed of cellulose, hemicellulose, lignin and other compounds (waxes, tannins, etc.). Thus, the integral recovery of the biomass of the white and red grape stalk was carried out in order to maximize its economic value for the production of bio sugars, lignin, phenolic compounds and nanocellulose. The process was started with the fractioning of the extractives by Soxhlet, in which it was possible to verify that, regardless of the extraction process applied, the% of extractives is considerably higher in white grape stalk than in red grape stalk (ca. 20 %). Removal of lignin to increase the accessibility to sugars and digestibility was performed by alkaline reaction. The highest lignin concentrations (ca. 50 %) were obtained using 1 % NaOH during 60 min. Subsequently, to obtain fermentable sugars (bio sugars), acid and enzymatic hydrolysis (celluclast and β-glucosidase) were tested in the delignified material. Hydrolysis with 3.5% sulfuric acid yielded a maximum concentration of glucose (3.22 g/L), xylose (7.29 g/L) and arabinose (0.91 g/L) during 60 min. However, higher concentrations of sugars were obtained by enzymatic hydrolysis than by dilute acid hydrolysis, with glucose values of 6.06 g/L and xylose with 8.08 g/L. In order to validate the fermentation of the sugars, strains of Pichia stipitis and Saccharomyces cerevisiae were evaluated, and characterized in the ethanol production in media produced with sugars from both acidic and enzymatic hydrolysis. Pichia stipitis showed to be the yeast strain with the best growth and ethanol production in the culture media prepared with sugar derived from enzymatic hydrolysis. Ethanol yields of about 0.22 g/L were obtained throughout the fermentation studies. Saccharomyces cerevisiae was able to produce ethanol from in both types of media produced with sugars from enzymatic and acid hydrolysis, but overall ethanol yields were lower ca. 0.14 g/L and 0.005 g/L respectively. In this way, it was possible to conclude that the fermentation with the media with sugars derived from enzymatic hydrolysis and with the strain Pichia stipitis were the best conditions found to produce ethanol. Finally, the crystalline part of the cellulose that did not undergo hydrolysis was valued to produce nanocellulose. It was possible to produce nanocellulose with sizes ca. 295 nm and zeta potential of -37 mv. For the first time, grape stalk biomass is reported as a source of nanocellulose, eventually boosting its value. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 202317650 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/31733 | |
| dc.language.iso | por | pt_PT |
| dc.subject | Bagaço de uva | pt_PT |
| dc.subject | Fermentação | pt_PT |
| dc.subject | Lignina | pt_PT |
| dc.subject | Composto fenólico | pt_PT |
| dc.subject | Nanocelulose | pt_PT |
| dc.subject | Grape stalk | pt_PT |
| dc.subject | Fermentation | pt_PT |
| dc.subject | Lignin | pt_PT |
| dc.subject | Phenolic compound | pt_PT |
| dc.subject | Nanocellulose | pt_PT |
| dc.title | An integrated valorization of grape stalks for production of value-added compounds : case study of the production of sugars for second generation ethanol biorefeneries | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Mestrado em Microbiologia Aplicada | pt_PT |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- TeseMSc_Tugba Atatoprak_pdfa.pdf
- Size:
- 2.39 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format