Subcritical water hydrolysis from coffee residues industry to obtain fermentable sugars

Orientador: Tania Forster Carneiro, Juliana Martin do PradoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Neste trabalho, os resíduos da indústria do café (pó e torta desengordurada de grão verde de café) foram submetidos à hidrólise em água subcrítica com o objetivo de produzir açúcares fermentáveis. Os ensaios foram realizados em um equipamento de escala laboratório contendo um reator de hidrólise de 110 mL, aquecimento com resistências elétricas, trocadores de calor, sensores e controladores de temperatura. As variáveis do processo estudadas foram 150, 175, 200 e 250 °C de temperatura, 22,5 MPa e 30 MPa de pressão e vazão de água de 10 mL/min durante 32 minutos. Nos experimentos com pó de café, os resultados mostraram um maior rendimento de açúcares redutores de 6,31 g AR/100 g pó de café, e rendimentos de açúcares redutores totais de 8,62 g ART/100 g pó, para a condição a 150 °C mantendo a pressão de 22,5 MPa. Os resultados sugerem que a concentração de AR e ART diminuem com o aumento da temperatura, possivelmente isto esteja ocorrendo na formação produtos de degradação a partir dos açúcares formados. De forma semelhante, os ensaios realizados com pó de café a pressão de 30 MPa mostraram decréscimo de AR e ART à medida em que a temperatura aumentou de 150 a 200 ºC. Neste caso excepcionalmente, para os resultados a 250 ºC, observou-se leve aumento de açúcares produzidos, sugerindo que parte da celulose poderia estar sofrendo degradação nesta faixa de temperatura e pressão. Para os experimentos com torta desengordurada, a temperatura de 175 °C apresentou maiores concentrações de AR e ART e resultados semelhantes foram observados nos experimentos com torta de café sob pressão de 30 MPa, com rendimentos de AR e ART de 8,36 e 17,23 g ART/ 100 g torta, respectivamente. As análises por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) confirmaram a presença de arabinose, celobiose, glicose e xilose em ambos os resíduos de café, com maiores quantidades de glicose e celobiose. Foi detectada a presença de arabinose e xilose somente na torta de grão de café verde. As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura com fonte de emissão de campo (FESEM) mostraram para as amostras de torta in natura, uma superfície bastante lisa e brilhante, indicando resíduos bastante engordurados, no entanto, observou-se partículas depositadas sobre a superfície do material, a 175°C e 22,5 MPa, que correspondem as condições com maior rendimento de AR e ARTAbstract: In this work, the coffee industry wastes (dust and coffee cake) underwent hydrolysis with subcritical water to produce fermentable sugars. Assays were performed in laboratory scale, in an equipment containing a 110 mL hydrolysis reactor, heated with electric heaters, heat exchangers, sensors and temperature controllers. The variables studied in the process were 150, 175, 200 and 250 ° C temperatures, 22.5 MPa and 30 MPa pressures and water flow rate of 10 mL / min for 32 minutes. In the experiments with coffee powder, the results showed the highest yield of reducing sugars 6.31 AR / 100 g powder income and total reducing sugars of 8,62 g ART / 100g powder to 150 ° C, while maintaining a constant pressure of 22.5 MPa. The results suggest that the concentration of AR and ART decreases with increasing temperature, which is possibly due to the formation of sugar degradation products. Similarly, the assays carried out using coffee powder at a 30 MPa pressure, showed a decrease of AR and ART, as the temperature increased from 150 to 200 ° C. In this case, exceptionally a slight increase of sugar is observed at 250 ° C, suggesting that part of cellulose could be degrading at this temperature range and pressure. For the experiments with defatted coffee cake, the temperature of 175 ° C showed the highest concentrations of AR and ART and similar results were observed in experiments with coffee cake to the pressure of 30 MPa with AR income and ART 8.36 and 17 23, ART g / 100 g pie, respectively. The analysis by high-performance liquid chromatography (HPLC) confirmed the presence of arabinose, cellobiose, glucose and xylose in both coffee residues, with greater quantities of glucose and cellobiose. The presence of arabinose and xylose was detected only in the green coffee bean cake. The images obtained by field emission scanning electron microscopy (FESEM), showed that the cake in natura samples were very smooth and shiny, indicating that the waste is quite greasy waste, however, it was observed that particles deposited on the surface of material to 175 °C and 22.5 MPa, which corresponding conditions with higher yield of AR and ARTMestradoEngenharia de AlimentosMestre em Engenharia de Alimento