Aplicação do arraste gasoso associado ao vácuo em fermentações extrativas utilizando matérias-primas sacarina e amilácea

dc.contributor.advisor1Badino Junior, Alberto Colli
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6244428434217018
dc.contributor.authorAlmeida, Letícia Pereira
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7211415053407035
dc.date.accessioned2025-08-05T12:16:55Z
dc.date.issued2025-07-29
dc.description.abstractDespite being well-established industrially, ethanol fermentation is limited by the toxic effect of ethanol on yeast, resulting in wines with low alcohol content (10–15% v/v). Ethanol removal techniques can be applied to mitigate the inhibitory effect of the product and increase process productivity. In this context, the present work evaluated extractive ethanol fermentation using vacuum-assisted gas stripping. Initially, ethanol removal from hydroalcoholic solutions was investigated under different operational configurations of CO₂ specific flow rate, temperature, and pressure, with the aim of identifying the conditions that provided the highest ethanol removal from the liquid phase and the highest concentration in the gas phase. Subsequently, extractive fermentations with saccharine feedstock were assessed using both conventional and vacuum-assisted gas stripping, and the energy requirements of both processes were analyzed. Finally, extractive fermentations with starchy feedstock were conducted in separate hydrolysis and fermentation (SHF) and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) processes. Mathematical models were developed to describe the processes, based on mass balance equations and incorporating the kinetics of hydrolysis, fermentation, and ethanol and water removal. The results of ethanol removal from hydroalcoholic solutions showed that all three operational variables significantly affected the process within the evaluated experimental range. The application of the technique increased the ethanol concentration in the gas phase by up to six times. In extractive fermentations with saccharine feedstock, both vacuum-assisted and conventional gas stripping increased ethanol productivity by up to 14.3%. The energy analysis indicated that the integrated technique reduced energy demand by 31.3% compared to conventional gas stripping. Finally, extractive fermentation of starchy feedstock increased ethanol productivity by 60% compared to conventional fermentation. The mathematical model adequately described the fermentation process. Vacuum-assisted gas stripping demonstrated potential as a promising technique, with the capacity to enhance ethanol productivity and lower the costs associated with the recovery and concentration of the removed ethanol.eng
dc.description.resumoApesar de consolidada industrialmente, a fermentação alcoólica possui como limitação o efeito tóxico do etanol na levedura, levando a obtenção de vinhos com baixo teor alcoólico (10–15% v/v). Técnicas de remoção de etanol podem ser empregadas para mitigar o efeito inibitório desse produto e aumentar a produtividade do processo. Nesse sentido, o presente trabalho avaliou a fermentação alcoólica extrativa utilizando o arraste gasoso associado ao vácuo. Inicialmente, investigou-se a remoção de etanol de soluções hidroalcoólicas em diferentes configurações operacionais de vazão específica de CO₂ , temperatura e pressão, com o objetivo de identificar aquela que proporcionaria a maior remoção de etanol da fase líquida, bem como a maior concentração na fase gasosa. Em seguida, fermentações extrativas utilizando matéria-prima sacarina foram avaliadas através das técnicas de arraste gasoso convencional e associado ao vácuo, bem como a análise energética de ambos os processos. Por fim, foram conduzidas fermentações extrativas utilizando matéria-prima amilácea, avaliando os processos de hidrólise e fermentação separada (HFS) e sacarificação e fermentação simultânea (SFS). Foram desenvolvidos modelos para descrever os processos, baseando-se nas equações de balanço de massa e cinéticas das etapas de hidrólise, fermentação e remoção de etanol e água. Os resultados da remoção de etanol em soluções hidroalcoólicas mostraram que todas as três variáveis operacionais apresentaram efeito significativo dentro da faixa experimental avaliada. A aplicação da técnica promoveu a concentração do etanol na fase gasosa em até 6 vezes. Nas fermentações extrativas a partir de fonte sacarina, observou-se que tanto o arraste gasoso associado ao vácuo quanto o arraste gasoso convencional aumentaram em até 14,3% a produtividade em etanol. A análise energética indicou que a técnica integrada reduziu em 31,3% a energia requerida em comparação ao arraste gasoso convencional. Por fim, a fermentação extrativa de matéria-prima amilácea aumentou a produtividade em etanol em até 60% em relação à fermentação convencional. A modelagem matemática descreveu adequadamente o processo fermentativo. O arraste gasoso associado ao vácuo demonstrou ser uma técnica promissora, com potencial para melhorar a produtividade em etanol e reduzir os custos nas etapas de recuperação e concentração do etanol removido.
dc.identifier.citationALMEIDA, Letícia Pereira. Aplicação do arraste gasoso associado ao vácuo em fermentações extrativas utilizando matérias-primas sacarina e amilácea. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22506.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22506
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectetanol
dc.subjectHidrólise e fermentação simultâneas
dc.subjectFermentação extrativa
dc.subjectArraste gasoso
dc.subjectVácuo
dc.subjectIntegração de processos
dc.subjectEthanoleng
dc.subjectSimultaneous hydrolysis and fermentationeng
dc.subjectExtractive fermentationeng
dc.subjectGas strippingeng
dc.subjectVacuumeng
dc.subjectProcess integrationeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
dc.titleAplicação do arraste gasoso associado ao vácuo em fermentações extrativas utilizando matérias-primas sacarina e amilácea
dc.title.alternativeApplication of vacuum-assisted gas stripping in extractive fermentations using saccharine and starchy feedstockseng
dc.typeTese

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