Publicação

A biorefinery approach for valorization of vine pruning residue

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O continente europeu é considerado o maior produtor mundial de vinho e apresenta uma grande biodiversidade de castas e alto potencial de mercado. No entanto, ao longo dos diferentes estágios do processo de produção de vinho, muitos resíduos são gerados (resíduo de poda de videira-VPR, engaço e bagaço) e geralmente não são utilizados, sendo descartados. Portugal gera anualmente cerca de 178 mil toneladas de resíduos. O interesse em redirecionar o uso desses materiais lignocelulósicos tem aumentado devido à superprodução, grande disponibilidade e baixo custo. A utilização da biomassa lignocelulósica derivada da indústria vinícola poderá beneficiar economicamente os produtores, causando impacto benéfico ao meio ambiente. Esses subprodutos podem ser submetidos a pré-tratamentos (físicos, químicos e biológicos), para fracionamento e conversão a diferentes compostos com alto interesse industrial, reduzindo o desperdício do agronegócio e aumentando o lucro industrial. Os VPR, além de fonte de açúcar, possuiem alto valor nutritivo, servem como fonte compostos fenólicos, capazes de ser fracionados e aproveitados na bioconversão e na obtenção de produtos com alto valor agregado por fermentação seguindo um conceito de biorrefinarias. Poucos trabalhos foram feitos em relação a este conceito direcionado às podas de videira, portanto, diferentes fatores ainda precisam ser estudados e otimizados. A necessidade de desenvolver um pré-tratamento adequado para o fracionamento de VPR foi recentemente identificada, com o objetivo de aumentar a suscetibilidade durante a sacarificação enzimática ou reduzir a produção de inibidores para o processo de fermentação. Neste contexto, este projeto otimizou o fracionamento de VPR através de pré-tratamentos hidrotérmicos que é um tratamento suave e consiste no uso de água e altas temperaturas para fracionamento de biomassa lignocelulósica e para a produção de diferentes produtos com interesse industrial seguindo o conceito de biorrefinaria. Portanto, neste trabalho foi aplicada a auto-hidrólise em dois estágios sequenciais (severidade de 4,60) para melhorar a suscetibilidade do material liginocelulósico à hidrólise enzimática, onde se obtiveram 99 % de conversão de glicose, atingindo 96 % de bioetanol após 48 h de sacarificação e 8h de fermentação separada e 83 % em sacarificação e fermentação simultânea, recuperando 13,1kg de etanol/ 100 kg de VPR nas melhores condições. Através dos pré-tratamentos de auto-hidrólise foi possível obter 13,6 kg/100 kg de VPR de xiloligossacarídeos, 3,1 kg/100 kg de compostos fenólicos, 13,1kg/100 kg de etanol e 27,0 kg/100 kg de lignina em quatro correntes separadas. Além disso, nesta tese estudou-se o potencial bioativo das podas de videira, otimizando a extração de compostos fenólicos através de soluções hidroalcoólicas em diferentes métodos (aquecimento convencional-CHE, micro-ondas assistido - MAE e aquecimento ómico-OH em duas intensidades distintas- campo elétrico baixo - LEF e campo elétrico intermédio - IEF). Bem como, a caracterização dos extratos obtidos In nitro, capacidade antioxidante, atividade antimicrobiana e efeito antiproliferativo em linhas celulares cancerígenas. No tratamento CHE foi possível observar que as melhores condições de extração foram 46 % de etanol/água, 80 °C durante 120 minutos. Entretanto, o tratamento MAE mostrou ser mais eficiente, devido à redução do tempo de extração comparando com o CHE. Os extratos obtidos através da extração MAE apresentaram também melhores resultados em comparação com a autohidrólise, embora este tratamento mostre maiores concentrações de compostos fenólicos totais. Quanto aos tratamentos por OH, foi possível observar maiores concentrações de apigenina, acido elágico e quercetina comparando com os outros tratamentos, além de identificar a presença da hisperedina que não foi identificada nos extratos obtidos pelos tratamentos por auto-hidrólise, CHE e MAE. Devido ao seu potencial bioativo, os extratos obtidos por OH foram testados, avaliando a capacidade de inibir o crescimento microbiano em fungos e a citotoxicidade dos extratos em células tumorais humanas de mama, hepatocelular e colo retal, bem como em células não-carcinogénicas de cólon retal mostrando resultados positivos quanto às duas atividades estudadas. Estes resutados mostraram que VPR apresenta grande potencial de valorização, e que através de pretratamentos, se pode direcionar as diferentes frações extraídas, para produção de diferentes produtos que abrangem diversos setores industriais. Desta forma, a valorização deste resíduo pode contribuir para alcançar modelos econômicos mais sustentáveis e circulares, dando origem a modelos de produção altamente competitivos que impactariam positivamente o cenário econômico.
Autores principais:	Jesus, Meirielly Santos
Assunto:	Resíduo de poda de videira conceito de biorrefinaria biomassa lignocelulósica bioetanol compostos bioativos Vine Pruning residue concept of biorefinery lignocellulosic biomass bioethanol bioactive compound
Ano:	2019
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	inglês
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	O continente europeu é considerado o maior produtor mundial de vinho e apresenta uma grande biodiversidade de castas e alto potencial de mercado. No entanto, ao longo dos diferentes estágios do processo de produção de vinho, muitos resíduos são gerados (resíduo de poda de videira-VPR, engaço e bagaço) e geralmente não são utilizados, sendo descartados. Portugal gera anualmente cerca de 178 mil toneladas de resíduos. O interesse em redirecionar o uso desses materiais lignocelulósicos tem aumentado devido à superprodução, grande disponibilidade e baixo custo. A utilização da biomassa lignocelulósica derivada da indústria vinícola poderá beneficiar economicamente os produtores, causando impacto benéfico ao meio ambiente. Esses subprodutos podem ser submetidos a pré-tratamentos (físicos, químicos e biológicos), para fracionamento e conversão a diferentes compostos com alto interesse industrial, reduzindo o desperdício do agronegócio e aumentando o lucro industrial. Os VPR, além de fonte de açúcar, possuiem alto valor nutritivo, servem como fonte compostos fenólicos, capazes de ser fracionados e aproveitados na bioconversão e na obtenção de produtos com alto valor agregado por fermentação seguindo um conceito de biorrefinarias. Poucos trabalhos foram feitos em relação a este conceito direcionado às podas de videira, portanto, diferentes fatores ainda precisam ser estudados e otimizados. A necessidade de desenvolver um pré-tratamento adequado para o fracionamento de VPR foi recentemente identificada, com o objetivo de aumentar a suscetibilidade durante a sacarificação enzimática ou reduzir a produção de inibidores para o processo de fermentação. Neste contexto, este projeto otimizou o fracionamento de VPR através de pré-tratamentos hidrotérmicos que é um tratamento suave e consiste no uso de água e altas temperaturas para fracionamento de biomassa lignocelulósica e para a produção de diferentes produtos com interesse industrial seguindo o conceito de biorrefinaria. Portanto, neste trabalho foi aplicada a auto-hidrólise em dois estágios sequenciais (severidade de 4,60) para melhorar a suscetibilidade do material liginocelulósico à hidrólise enzimática, onde se obtiveram 99 % de conversão de glicose, atingindo 96 % de bioetanol após 48 h de sacarificação e 8h de fermentação separada e 83 % em sacarificação e fermentação simultânea, recuperando 13,1kg de etanol/ 100 kg de VPR nas melhores condições. Através dos pré-tratamentos de auto-hidrólise foi possível obter 13,6 kg/100 kg de VPR de xiloligossacarídeos, 3,1 kg/100 kg de compostos fenólicos, 13,1kg/100 kg de etanol e 27,0 kg/100 kg de lignina em quatro correntes separadas. Além disso, nesta tese estudou-se o potencial bioativo das podas de videira, otimizando a extração de compostos fenólicos através de soluções hidroalcoólicas em diferentes métodos (aquecimento convencional-CHE, micro-ondas assistido - MAE e aquecimento ómico-OH em duas intensidades distintas- campo elétrico baixo - LEF e campo elétrico intermédio - IEF). Bem como, a caracterização dos extratos obtidos In nitro, capacidade antioxidante, atividade antimicrobiana e efeito antiproliferativo em linhas celulares cancerígenas. No tratamento CHE foi possível observar que as melhores condições de extração foram 46 % de etanol/água, 80 °C durante 120 minutos. Entretanto, o tratamento MAE mostrou ser mais eficiente, devido à redução do tempo de extração comparando com o CHE. Os extratos obtidos através da extração MAE apresentaram também melhores resultados em comparação com a autohidrólise, embora este tratamento mostre maiores concentrações de compostos fenólicos totais. Quanto aos tratamentos por OH, foi possível observar maiores concentrações de apigenina, acido elágico e quercetina comparando com os outros tratamentos, além de identificar a presença da hisperedina que não foi identificada nos extratos obtidos pelos tratamentos por auto-hidrólise, CHE e MAE. Devido ao seu potencial bioativo, os extratos obtidos por OH foram testados, avaliando a capacidade de inibir o crescimento microbiano em fungos e a citotoxicidade dos extratos em células tumorais humanas de mama, hepatocelular e colo retal, bem como em células não-carcinogénicas de cólon retal mostrando resultados positivos quanto às duas atividades estudadas. Estes resutados mostraram que VPR apresenta grande potencial de valorização, e que através de pretratamentos, se pode direcionar as diferentes frações extraídas, para produção de diferentes produtos que abrangem diversos setores industriais. Desta forma, a valorização deste resíduo pode contribuir para alcançar modelos econômicos mais sustentáveis e circulares, dando origem a modelos de produção altamente competitivos que impactariam positivamente o cenário econômico.