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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2018.tde-08062018-184152
Document
Author
Full name
Lisa Gomes Alvareli
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2018
Supervisor
Committee
Arantes, Valdeir (President)
Milagres, Adriane Maria Ferreira
Oliveira Neto, Mario de
Pereira, Paulo Henrique Fernandes
Title in Portuguese
Avaliação de um tratamento enzimático para a produção de celulose nanocristalina e recuperação dos açúcares solubilizados em alta concentração
Keywords in Portuguese
Adsorção enzimática
Celulose nanocristalina
Hidrólise enzimática
Reciclagem enzimática
Abstract in Portuguese
As celuloses nanocristalinas (CNC) são partículas de, pelo menos, uma dimensão nanométrica, possuem baixa densidade, alta resistência e área de superfície para realizar modificações químicas, podendo melhorar as propriedades de materiais compósitos. O método mais tradicional para isolar CNC é por hidrólise ácida com ácido sulfúrico, porém este procedimento apresenta desvantagens. Além disso, a ação não seletiva do ácido também ataca as regiões cristalinas levando a um baixo rendimento de produção, e a obtenção de uma suspensão muito diluída de açúcares solubilizados e outros compostos indesejáveis, o que inviabiliza a recuperação dos açúcares. Outra possibilidade para o isolamento de CNC envolve a utilização de preparos enzimáticos de celulases, uma alternativa promissora. Porém, a utilização de baixa carga de polpa celulósica e alta quantidade de enzima tipicamente utilizadas na rota enzimática para obter nanocristais são fatores limitantes. A fim de tentar superar estes problemas, este trabalho teve como objetivo avaliar um sistema de tratamento enzimático em duas etapas para possibilitar a condução do tratamento enzimático em alta concentração de polpa celulósica e baixa dose de enzimas e permitir a produção de CNC e recuperar os açúcares solubilizados em alta concentração. Os resultados mostraram que ao realizar uma hidrólise com baixa carga de sólidos e com suplementação de ?- glicosidade foi possível obter uma conversão de celulose 30% maior, mas uma significativa redução da eficiência enzimática foi observada quando a carga de sólidos foi aumentada, mesmo utilizando a suplementação.Por meio do sistema de duas etapas, foi possível obter uma conversão de celulose e uma concentração de açúcares relativamente alta, além de obter CNC com propriedades comparáveis as obtidas em situações tradicionais de hidrólises. No entanto, o diferencial da hidrólise aplicando o sistema de duas etapas se caracterizou pela utilização de, aproximadamente, metade da quantidade de enzimas utilizadas nas hidrólise tradicionais. Alem disso, o sistema em duas etapas possibilitou a reciclagem das enzimas não adsorvidas para reações de hidrólises subsequentes, se mostrando mais um fator de destaque para a área de conversão enzimática. Conclui-se, portanto, que este sistema se mostrou muito eficiente e promissor o que é interessante do ponto e vista econômico para processos subsequentes à hidrólise.
Title in English
Evaluation of an enzymatic treatment for the productionofnanocrystallinecelluloseandrecoveryofsolubilizedsugars in high concentration
Keywords in English
Cellulose nanocrystals
Enzymatic adsorption
Enzymatic hydrolysis
Enzymatic recycling
Abstract in English
Nanocrystalline celluloses (CNC) are particles of at least one nanometric dimension, have low density, high strength and surface area to perform chemical modifications, and can improve the properties of composite materials. The most traditional method for isolating CNC is by hydrolysis with sulfuric acid, however this procedure has drawbacks. In addition, the non-selective action of the acid also attacks the crystalline regions leading to a low yield of production, and obtaining a very diluted suspension of solubilized sugars and other undesirable compounds, which impairs prevents the recovery of sugars. Another possibility for the isolation of CNC involves the use of enzymatic preparations of cellulases, a promising alternative. However, the use of low cellulosic pulp load and high amount of enzyme typically used in the enzymatic route to obtain nanocrystals are limiting factors. In order to overcome these problems, this work had as objective to evaluate a system of enzymatic treatment in two stages to enable the conduction of the enzymatic treatment in high concentration of cellulose pulp and low dose of enzymes and to allow the production of CNC and to recover the solubilized sugars in high concentration. The results showed that when hydrolysis was carried out with low solids loading and with ?-glycoside supplementation, 30% higher cellulose conversion was achieved, but a significant reduction of the enzymatic efficiency was observed when solids loading was increased, even using by means of the two-stage system, it was possible to obtain relatively high cellulose conversion and sugar concentration, in addition to obtaining CNCs with properties comparable to those obtained in traditional hydrolysis situations. However, the differential of the hydrolysis applying the two-stage system was characterized by the use of approximately half the amount of enzymes used in traditional hydrolysis. In addition, the two-step system allowed the recycling of the non-adsorbed enzymes to subsequent hydrolysis reactions, showing another important fator for the enzymatic conversion area. It is concluded, therefore, that this system proved very efficient and promising what is interesting from the economic point of view of processes subsequent to the hydrolysis.
 
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BID17012_RN.pdf (75.34 Kbytes)
Release Date
2020-06-07
Publishing Date
2018-06-08
 
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