Balanço de massa e demanda hídrica no processo de pré-tratamento alcalino do principal resíduo cervejeiro
DOI:
https://doi.org/10.47385/cadunifoa.v18.n53.4722Palavras-chave:
Material lignocelulósico, Caracterização, Licor negro, Processos biotecnológicos, Bagaço de malteResumo
O pré-tratamento alcalino é um dos processos mais eficazes na remoção de lignina para diferentes tipos de materiais lignocelulósicos. Porém, a geração de grande quantidade de licor negro com elevado excesso de íons hidroxila (OH-), além dos efluentes gerados nas etapas de lavagem da biomassa, são alguns dos principais problemas da utilização desse tipo de pré-tratamento. Este trabalho tem como objetivo mostrar, através de um estudo de caso, o consumo de água necessário para a realização deste tipo de pré-tratamento. O resíduo de cerveja foi utilizado como material lignocelulósico para realizar o pré-tratamento alcalino com NaOH 4% e quantificar a água utilizada no processo. Um balanço de massa global durante o processo de deslignificação BSG permitiu identificar um percentual de recuperação global de 87,92% de celulose, 84,56% de hemicelulose e 87,63% de lignina do material total alimentado no processo de deslignificação. Para quantificar os principais componentes presentes no resíduo estudado, foi necessário caracterizar a água de lavagem dos sólidos obtidos no pré-tratamento. Ao final do processo, foram perdidos aproximadamente 0,50 g de celulose, 0,71 g de hemicelulose e 0,97 g de lignina em relação aos gramas alimentados, inicialmente no processo de deslignificação. A demanda de água durante o processo foi de 131,2 mL por g de material seco.
Downloads
Referências
ALIYU, S.; BALA, M. Brewer’s spent grain: a review of its potentials and applications. African Journal of Biotechnology, v. 10, p. 324−331, 2011. DOI: https://doi.org/10.5897/AJB11.2761
ALVIRA, P.; TOMÁS-PEJÓ, E.; BALLESTEROS, M.; NEGRO, M. J. Pretreatment technologies for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis: A review. Bioresource Technology, v. 101, p. 4851–4861, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.11.093
CARVALHEIRO, F.; DUARTE, L. C.; GÍRIO, F. M. Hemicellulose biorefineries: a review on biomass pretreatments, Journal of Scientific & Industrial Research, v. 67, p. 849–864, 2008.
CHANG, V. S.; NAGWANI. M.; HOLTZAPPLE, M. T. Lime pretreatment of crop residues bagasse and wheat straw. Applied Biochemistry and Biotechnology, v. 74, p. 135-159, 1998. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02825962
DÁVILA, I.; GULLÓN, B.; ALONSO, J. L.; LABIDI, J.; GULLÓN, P. Vine shoots as new source for the manufacture of prebiotic oligosaccharides. Carbohydrate Polymers, v. 207, p. 207:34-43, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.11.065
GALBE, M.; ZACCHI, G. Pretreatment: The key to efficient utilization of lignocellulosic materials. Biomass and Bioenergy, v. 46, p. 70-78, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.03.026
GARCIA, R. B.; GANTER, J. L. M. S.; CARVALHO, R. R. Solution properties of D-xylans from corn cobs. European Polymer Journal, v. 36, p. 783-787, 2000. DOI: https://doi.org/10.1016/S0014-3057(99)00133-0
GNANSOUNOU, E.; VASKAN, P.; PACHÓN, E. R. Comparative techno-economic assessment and LCA of selected integrated sugarcane-based biorefineries. Bioresource Technology, v. 196, p. 364-375, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.07.072
GODOI C.N.; FILHO, B. A. C.; WANDER, A. E.; LOPES, P. G.; SOUZA, G. V. Cooperation and Competitiveness in Brazilian Crafted beer Production: The case of gypsy breweries in Goiás State. International Journal of Advanced Engineering Research and Science, v. 6, p. 013-030, 2019. DOI: https://doi.org/10.22161/ijaers.6.6.2
GOMES, C. L.; GONÇALVES, E.; SUAREZ, C. A. G.; RODRIGUES, D. S.; MONTANO, I. C. Effect of reaction time and sodium hydroxide concentration on delignification and enzymatic hydrolysisof brewer’s spent grain from two brazilian brewers. Cellulose chemistry and technology, v. 55, p. 101-112, 2021. DOI: https://doi.org/10.35812/CelluloseChemTechnol.2021.55.10
GOUVEIA, E. R.; NASCIMENTO, R. T.; SOUTO-MAIOR, A. M.; ROCHA, G. J. M. Validation of methodology for the chemical characterization of sugar cane bagasse. Química Nova, v. 32, p. 1500-1503, 2009. DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-40422009000600026
GUPTA, M.; ABU-GHANNAM, N.; GALLAGHAR, E. Barley for Brewing: characteristic changes during malting, brewing and applications of its by-products. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Satefy, v. 9 p. 318-328, 2010. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1541-4337.2010.00112.x
HENDRIKS, A. T. W. M.; ZEEMAN, G. Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, v. 100, p. 10–18, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.05.027
KAPARAJU, P.; SERRANO, M.; THOMSEN, A. B.; KONGJAN, P.; ANGELIDAKI, I. Bioethanol, biohydrogen and biogas production from wheat straw in a biorefinery concept. Bioresource Technology, v. 100, p. 2562-2568, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.11.011
KARAGÖZ, P.; ROCHA, I. V.; ÖZKAN, M.; ANGELIDAKI, I. Alkaline peroxide pretreatment of rapeseed straw for enhancing bioethanol production by same vessel saccharification and co-fermentation, Bioresource. Technology, v. 104, p. 349-357, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.10.075
KUMAR, P.; BARRETT, D. M.; DELWICHE, M. J.; STROEVE, P. Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production. Industrial & Engineering Chemistry Research, v. 48, p. 3713–3729, 2009. DOI: https://doi.org/10.1021/ie801542g
LECHON, Y.; CABAL, H.; SAEZ, R. Life cycle analysis of wheat and barley crops for bioethanol production in Spain. International Journal of Agricultural Resources Governance and Ecology, v. 4, p. 113-122, 2005. DOI: https://doi.org/10.1504/IJARGE.2005.007193
LYNCH, K. M.; STEFFEN, E. J.; ARENDT, E. K. Brewers' spent grain: a review with an emphasis on food and health. Journal The Institute of Brewing, v. 122, p. 553-568, 2016. DOI: https://doi.org/10.1002/jib.363
LUO, H.; ZHENG, P.; BILAL, M.; XIE, F.; ZENG, Q.; ZHU, C.; YANG, R.; WANG, Z. Efficient bio-butanol production from lignocellulosic waste by elucidating the mechanisms of Clostridium acetobutylicum response to phenolic inhibitors. Science of The Total Environment, v. 710, p. 1-10, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136399
NANDA, S.; AZARGOHAR, R.; DALAI, A. K.; KOZINSKI, J. A. An assessment on the sustainability of lignocellulosic biomass for biorefining. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 50, p. 925-941, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.05.058
NIEMI, P.; TAMMINEN, T.; SMEDS, A.; VILJANEN, K.; OHRA-AHO, T.; HOLOPAINEN-MANTILA, U.; FAULDS, C. B.; POUTANEN, K.; BUCHERT, J. Characterization of lipids and lignans in brewer’s spent grain and its enzymatically extracted fraction. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 60, p. 9910−9917, 2012. DOI: https://doi.org/10.1021/jf302684x
OLIVEIRA, E. E.; SILVA, A. E.; JÚNIOR, T. N.; GOMES, M. C. S.; AGUIAR, L. M.; MARCELINO, H. R.; ARAÚJO, I. B.; BAYER, M. P.; RICARDO, N. M. P. S.; OLIVEIRA, A. G.; EGITO, E. S. T. Xylan from corn cobs, a promising polymer for drug delivery: Production and characterization. Bioresource Technology, v. 101, p. 5402-5406, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.01.137
ORTIZ, P. S.; OLIVEIRA, S. JR. Compared exergy analysis of sugarcane bagasse sequential hydrolysis and fermentation and simultaneous saccharification and fermentation. International. Journal of Exergy, v. 19, p. 459-480, 2016. DOI: https://doi.org/10.1504/IJEX.2016.075880
PRATTO B, CHANDGUDE V, JÚNIOR RS, CRUZ AJG, BANKAR S. Biobutanol production from sugarcane straw: Defining optimal biomass loading for improved ABE fermentation, Ind. Crops Prod. 2020;148:1-9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112265
RAO LV, GOLI JK, GENTELA J, KOTI S. Bioconversion of lignocellulosic biomass to xylitol: An overview, Bioresour. Technol. 2016; 213:299-310. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.04.092
ROBERTSON, J. A.; I’ANSON, K. J.A.; TREIMO, J.; FAULDS, C. B.; BROCKLEHURST, T. F.; EIJSINK, V. G. H.; WALDRON, K. W. Profiling brewers’ spent grain for composition and microbial ecology at the site of production, LWT−Food Sci. Technol. 2010;43(6):890−896. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2010.01.019
Reinold MR. Practical brewery manual. Brazil: Aden Editora; 1997.
SÁNCHEZ, Ó. J; CARDONA, C. A. Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks, Bioresour. Technol. 2008;99(13):5270-5295. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.11.013
SANTOS, M.; JIMENEZ, J.J.; BARTOLOME, B.; GOMEZ‐CORDOVÉS, C.; DEL‐NOZAL, M. J; Variability of brewers’ spent grain within a brewery, Food Chem. 2003; 80(1):17– 21. DOI: https://doi.org/10.1016/S0308-8146(02)00229-7
SILVA, S. S.; CARVALHO, R. R.; FONSECA J. L. C.; GARCIA, R. B. Extraction and characterization of xylans form corcobs. Polímeros. 1998;8(2):25-33. DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-14281998000200005
SOUZA, A. F.; SILVESTRE, A. J. D. Plastics from renewable sources as green and sustainable alternatives. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, v. 33, p. 100557, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2021.100557
SLUITER, A.; RUIZ, R.; SCARLATA, C.; SLUITER, J.; TEMPLETON, D.; CROCKER, D. Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass, Midwest Research Institute, Techinical Report NREL/TP-510-42618, Columbus, United States, 2008.
SLUITER, A.; RUIZ, R.; SCARLATA, C.; SLUITER, J.; TEMPLETON, D.; CROCKER, D. Determination of Extractives in Biomass, Midwest Research Institute, Technical Report NREL/TP-510-42619, Columbus, United States, 2008.
SUN, Y.; CHENG, J. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. Bioresource Technology, v. 83, p. 1-11, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0960-8524(01)00212-7
YANG, S.; ZHANG, Y.; YUE, W.; WANG, W.; WANG, Y. Y.; YUAN, T. Q.; SUN, R. C. Valorization of lignin and cellulose in acid-steam-exploded corn stover by a moderate alkaline ethanol post-treatment based on an integrated biorefinery concept. Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, v. 9, p. 1-14, 2016. DOI: https://doi.org/10.1186/s13068-016-0656-1
SUN, S.; SUN, S.; CAO, X.; SUN, R. The role of pretreatment in improving the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials. Bioresource Technology, v. 199, p. 49-58, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.061
VERNÈS, L.; LI, Y.; CHEMAT, F.; ABERT-VIAN, M. Biorefinery concept as a key for sustainable future to green chemistry the case of microalgae. In: Li, Y.; Chemat, F. Plant Based “Green chemistry 2.0”. Eds. Singapure: Springer; 2019. p. 15-50. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-13-3810-6_2
THE GUARDIAN (UK). Water shortages could affect 5bn people by 2050. Londres, 2018. Disponível em: < https://www.theguardian.com/environment/2018/mar/19/water-shortages-could-affect-5bn-people-by-2050-un-report-warns/>. Acesso em: 30 out. 2023.
ZHANG, X.; TU, M.; PAICE, M. G. Routes to Potential Bioproducts from Lignocellulosic Biomass Lignin and Hemicelluloses, Bioenergy Research, v. 4, p. 246–257, 2011. DOI: https://doi.org/10.1007/s12155-011-9147-1
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2023 Cadernos UniFOA

Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
CESSIONÁRIA
FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA - FOA, mantenedora do CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA - UniFOA,
entidade fundacional com personalidade jurídica sem fins lucrativos de direito privado, inscrita no CNPJ sob nº 32.504.995/0001-14, com sede na Avenida Dauro Peixoto Aragão, nº 1325, bairro Três Poços, Volta Redonda – RJ, doravante denominada FOA/UniFOA.
CLÁUSULA PRIMEIRA: O CEDENTE cede e transfere gratuitamente sem direito a remuneração, reembolso ou compensação de qualquer natureza, em caráter irrevogável e irretratável à FOA/UniFOA, todos os direitos autorais (morais e patrimoniais) relativo à obra acima intitulada, tudo em conformidade com a Lei nº 9.610/98.
PARÁGRAFO PRIMEIRO: O CEDENTE desde já, declara que a obra cedida é de sua exclusiva autoria, assumindo total responsabilidade civil e penal, quanto ao conteúdo, citações e referências que fazem parte de seu conteúdo, bem como, por eventuais questionamentos judiciais ou extrajudiciais em decorrência de sua divulgação, devendo concordar inequivocamente com a exclusão da FOA/UniFOA do polo passivo de quaisquer demandas.
PARÁGRAFO SEGUNDO: O CEDENTE assume inteira responsabilidade pelos dados pessoais tratados em função da obra acima intitulada, declarando ainda que observou sempre que possível, os critérios de anonimização ou pseudonimização dos dados para publicação final pela FOA/UniFOA, de acordo com artigo 7º, IV da Lei nº 13.709/2018.
PARÁGRAFO TERCEIRO: Na hipótese de existirem na obra acima intitulada dados pessoais identificados ou identificáveis, que não passaram por processo de anonimização, o CEDENTE declara que informou e disponibilizou aos titulares/terceiros, mecanismos de exercício dos direitos previstos na Lei nº 13.709/18.
PARÁGRAFO QUARTO: Os dados pessoais identificados ou identificáveis presentes na obra acima intitulada, ficarão disponíveis após publicação pela FOA/UniFOA, nos termos do art. 16, II da Lei nº 13.709/2018.
CLÁUSULA SEGUNDA: A FOA/UniFOA fica autorizada a utilizar, reproduzir, distribuir, divulgar, disponibilizar, publicar e licenciar a obra, sob qualquer forma e por quaisquer meios admitidos em lei, inclusive em ambiente digital, observadas as políticas editoriais da instituição e as licenças de uso adotadas para a publicação.
PARÁGRAFO ÚNICO: A utilização, reprodução, divulgação, publicação, compartilhamento, licenciamento ou qualquer outra forma de exploração autorizada da obra pela FOA/UniFOA não gerará ao CEDENTE qualquer direito à remuneração, reembolso, indenização, compensação financeira, participação em receitas ou vantagem econômica de qualquer natureza, permanecendo a presente cessão e autorização em caráter integralmente gratuito.
CLÁUSULA TERCEIRA: A FOA/UniFOA fica autorizada a promover o registro da obra na forma prevista no artigo 19 da Lei nº 9.610/1998, podendo averbar a presente autorização/cessão à margem do registro a que se refere o artigo 19 da Lei nº 9.610/1998, ou não estando a obra registrada, poderá a presente cessão ser registrada em Cartório de Títulos e Documentos, em havendo necessidade.
CLÁUSULA QUARTA: O presente instrumento é firmado por prazo indeterminado.
CLÁUSULA QUINTA: O CEDENTE outorga à FOA/UniFOA, a mais plena, geral, rasa, irretratável, irrestrita e inequívoca quitação pela presente cessão e transferência dos direitos autorais da obra intitulada acima, renunciando a todo e qualquer direito porventura existente, obrigando-se em todos os seus termos e condições, por si, seus herdeiros e sucessores.
CLÁUSULA SEXTA: O CEDENTE desde já está ciente e de acordo que:
- A obra não poderá ser comercializada e sua contribuição não gerará ônus para a FOA/UniFOA;
- A obra será disponibilizada em formato digital no sítio eletrônico do UniFOA para pesquisas e downloads de forma gratuita;
- A obra não será impressa, salvo em casos específicos cabendo à Editora FOA a definição;
- Todo o conteúdo é de total responsabilidade dos autores na sua forma e originalidade;
- Todas as imagens utilizadas (fotos, ilustrações, vetores e etc.) devem possuir autorização para uso;
- Que a obra não se encontra sob a análise em qualquer outro veículo de comunicação científica, caso contrário o CEDENTE deverá justificar a submissão à Editora FOA, que analisará o pedido, podendo ser autorizado ou não.
CLÁUSULA SÉTIMA: A obra objeto da presente cessão poderá ser disponibilizada pela FOA/UniFOA sob a licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial (CC BY-NC), identificada na imagem abaixo - ou outra licença que venha a ser definida pela FOA/UniFOA, observados os critérios editoriais, institucionais, científicos e os requisitos estabelecidos por bases indexadoras, repositórios acadêmicos, organismos de fomento, sistemas de divulgação científica ou demais normas aplicáveis à publicação da obra.
PARÁGRAFO ÚNICO: O CEDENTE declara estar ciente e concordar que a escolha, alteração ou atualização da licença de publicação da obra constitui prerrogativa exclusiva da FOA/UniFOA, desde que observadas as finalidades acadêmicas, científicas e institucionais da publicação.
CLÁUSULA OITAVA: O CEDENTE está ciente e de acordo que tem por obrigação solicitar a autorização expressa dos coautores da obra/artigo, bem como dos professores orientadores antes da submissão do mesmo, se obrigando inclusive a mencioná-los no corpo da obra, sob pena de responder exclusivamente pelos danos causados.
