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Sacarificação da macroalga Kappaphycus alvarezii para a produção de H 2 por fermentação Giovanni Dalbelo 1 , Naira Bin 1 , Marcos Siqueira Rechi 1 , Bruna Constante 1 , Fernando Masarin 2 e Valeria Reginatto 1 1 Departamento de Química, Universidade de São Paulo – Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Ribeirão Preto - FFCLRP, Av. Bandeirantes 3900, Ribeirão Preto SP, Brasil.. (E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; valeriars@ffclrp.usp.br ) 2 Departamento de Bioprocessos e Biotecnologia, Faculdade de Ciências Farmacêuticas – FCFAR – UNESP – Universidade Estadual Paulista , Araraquara, SP, Brasil. [email protected]AGRADECIMENTOS: Introdução Para a produção biológica de H 2 através da fermentação escura, podem ser utilizados como substratos os carboidratos advindos de biomassa, como por exemplo, a biomassa de algas. As vantagens da utilização de biomassa de algas marinhas como matéria-prima para a geração de H 2 são: 1) as algas não necessitam de terras agricultáveis para sua produção, como consequência, não competem por espaço com os outros alimentos; 2) as algas são menos recalcitrantes comparadas a outras biomassas, o que a torna mais favorável para os procedimentos de hidrólise. Nas macroalgas vermelhas, o polissacarídeo mais comumente encontrado é a galactana (carragenana e ágar), que forma uma rede com a celulose para constituir a parede celular de várias espécies de algas marinhas vermelhas. Neste trabalho foi estudada a sacarificação da macroalga vermelha Kappaphycus alvarezii constituída principalmente por carragenana, um polissacarídeo composto por galactanas sulfatadas, lineares e solúveis em água, como pode ser observado na Figura 1. Metodologia Resultados Conclusão Os tratamentos físico, químico e biológico empregados no pré-tratamento da biomassa advinda da macroalga K. alvarezii se mostraram eficazes para a extração de açucares fermentescíveis, fato comprovado pelas análises de açúcares redutores realizadas após as respectivas hidrólises. O lodo utilizado como inóculo nos reatores na etapa da fermentação foi capaz de produzir gás hidrogênio, como comprovam as análises composicionais dos gases resultantes feitas por cromatografia a gás. São necessárias análises mais detalhadas da composição dos hidrolisados, para verificar a concentração de monossacarídeos e de compostos potenciais inibidores da fermentação. Porém, estes estudos preliminares permitem concluir que a bioamassa devidamente tratada da macroalga Kappaphycus alvarezii se mostra como uma matéria prima promissora para a produção biológica do gás hidrogênio. Galactose Glicose Hidrolisado P (mL) Rm (mL/h) λ (h) P (mL) Rm (mL/ h) λ (h) P (mL) Rm (mL/ h) λ (h) 67,3 5 4,01 33,78 77,69 3,11 31,1 9 20,1 6 9,81 58,9 0 0 2 4 6 8 10 12 0 15 30 45 60 75 HCl 0,04 mol/L Tempo (h) Eficiência (%) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 10 20 30 40 50 60 70 Tempo (h) Eficiência (%) Tabela 1. Parâmetros da equação de Gompertz obtidos a partir dos resultados dos ensaios de fermentação Figura 2: Efeito da concentração de HCl na eficiência da hidrólise ácida da biomassa de K. alvarezii a 90°C. Figura 3: Efeito da carga de Celluclast na eficiência de hidrólise enzimática da biomassa de K. alvarezii a 50°C. Figura 4: Efeito da adição de Celluclast (190U/g alga) na eficiência de hidrólise da biomassa de K. alvarezii pré-tratada com HCl 0,04 mol/L a 90°C. A seta indica o momento da adição de Celluclast. • As eficiências dos diferentes métodos de sacarificação estão apresentados nas Figuras 2 (ácido), 3 (enzimático) e 4 (mista ou combinada). As maiores eficiências de sacarificação, em termos de massa de alga utilizada no ensaio, foram obtidas pela hidrólise ácida com HCl 0,04 mol/L e a hidrólise combinada, sendo em média 56 e 59 %, respectivamente. • O hidrolisado de alga obtido pela sacarificação combinada (ácida + enzimática) foi utilizado para a produção de H 2 por fermentação, por cultura mista. • Os parâmetros obtidos pelo ajuste da equação de Gompertz modificada (P, Rm e λ) aos resultados da fermentação, realizados por meio de regressão não linear com o auxílio do software Excel, são mostrados na Tabela 1. • Foi possível produzir H 2 por fermentação utilizando o hidrolisado da macroalga K. alvarezii, entretanto o volume de H 2 produzido foi menor, quando comparado com os controles de glicose e galactose, contendo a mesma concentração de açúcares redutores totais. Esquema da metodologia utilizada no trabalho 0 5 10 15 20 25 0 4 8 12 16 Celluclast 63,2 U/g tempo (h) eficiência %
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Sacarificao da macroalga Kappaphycus alvarezii para a produo de H2 por fermentaoGiovanni Dalbelo1, Naira Bin1, Marcos Siqueira Rechi1, Bruna Constante1, Fernando Masarin2 e Valeria Reginatto1
1Departamento de Qumica, Universidade de So Paulo Faculdade de Filosofia Cincias e Letras de Ribeiro Preto - FFCLRP, Av. Bandeirantes 3900, Ribeiro Preto SP, Brasil..(E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected])2Departamento de Bioprocessos e Biotecnologia, Faculdade de Cincias Farmacuticas FCFAR UNESP Universidade Estadual Paulista , Araraquara, SP, Brasil.(E-mail: [email protected])
AGRADECIMENTOS:
IntroduoPara a produo biolgica de H2 atravs da fermentao escura, podem ser utilizados como substratos os carboidratos advindos de biomassa, como por exemplo, a biomassa de algas. As vantagens da utilizao de biomassa de algas marinhas como matria-prima para a gerao de H2 so: 1) as algas no necessitam de terras agricultveis para sua produo, como consequncia, no competem por espao com os outros alimentos; 2) as algas so menos recalcitrantes comparadas a outras biomassas, o que a torna mais favorvel para os procedimentos de hidrlise. Nas macroalgas vermelhas, o polissacardeo mais comumente encontrado a galactana (carragenana e gar), que forma uma rede com a celulose para constituir a parede celular de vrias espcies de algas marinhas vermelhas. Neste trabalho foi estudada a sacarificao da macroalga vermelha Kappaphycus alvarezii constituda principalmente por carragenana, um polissacardeo composto por galactanas sulfatadas, lineares e solveis em gua, como pode ser observado na Figura 1.
Figura 1 Macroalga K. alvarezzi e estrutura qumica da carragenanaMetodologiaResultadosConclusoOs tratamentos fsico, qumico e biolgico empregados no pr-tratamento da biomassa advinda da macroalga K. alvarezii se mostraram eficazes para a extrao de aucares fermentescveis, fato comprovado pelas anlises de acares redutores realizadas aps as respectivas hidrlises. O lodo utilizado como inculo nos reatores na etapa da fermentao foi capaz de produzir gs hidrognio, como comprovam as anlises composicionais dos gases resultantes feitas por cromatografia a gs. So necessrias anlises mais detalhadas da composio dos hidrolisados, para verificar a concentrao de monossacardeos e de compostos potenciais inibidores da fermentao. Porm, estes estudos preliminares permitem concluir que a bioamassa devidamente tratada da macroalga Kappaphycus alvarezii se mostra como uma matria prima promissora para a produo biolgica do gs hidrognio.
GalactoseGlicoseHidrolisadoP(mL)Rm(mL/h)(h)P(mL)Rm(mL/h)(h)P(mL)Rm(mL/h)(h)67,354,0133,7877,693,1131,1920,169,8158,90Tabela 1. Parmetros da equao de Gompertz obtidos a partir dos resultados dos ensaios de fermentao
Figura 2: Efeito da concentrao de HCl na eficincia da hidrlise cida da biomassa de K. alvarezii a 90C.Figura 3: Efeito da carga de Celluclast na eficincia de hidrlise enzimtica da biomassa de K. alvarezii a 50C.Figura 4: Efeito da adio de Celluclast (190U/g alga) na eficincia de hidrlise da biomassa de K. alvarezii pr-tratada com HCl 0,04 mol/L a 90C. A seta indica o momento da adio de Celluclast.As eficincias dos diferentes mtodos de sacarificao esto apresentados nas Figuras 2 (cido), 3 (enzimtico) e 4 (mista ou combinada). As maiores eficincias de sacarificao, em termos de massa de alga utilizada no ensaio, foram obtidas pela hidrlise cida com HCl 0,04 mol/L e a hidrlise combinada, sendo em mdia 56 e 59 %, respectivamente.
O hidrolisado de alga obtido pela sacarificao combinada (cida + enzimtica) foi utilizado para a produo de H2 por fermentao, por cultura mista.
Os parmetros obtidos pelo ajuste da equao de Gompertz modificada (P, Rm e ) aos resultados da fermentao, realizados por meio de regresso no linear com o auxlio do software Excel, so mostrados na Tabela 1.
Foi possvel produzir H2 por fermentao utilizando o hidrolisado da macroalga K. alvarezii, entretanto o volume de H2 produzido foi menor, quando comparado com os controles de glicose e galactose, contendo a mesma concentrao de acares redutores totais.
Esquema da metodologia utilizada no trabalho
