Publication: Produção de oligossacarídeos a partir da hidrolise da biomassa lignocelulósica da borra de café
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Graduate program
Undergraduate course
Araraquara - IQAR - Engenharia Química
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Volume Title
Publisher
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Type
Undergraduate thesis
Access right
Acesso aberto
Abstract
Abstract (portuguese)
A borra de café é um resíduo decorrente do processo industrial de produção de café solúvel ou instantâneo com geração estimada em cerca de seis milhões de toneladas por ano. Dada a sua constituição, a biomassa da borra de café é fonte de substâncias bioativas como proteínas, lipídeos e principalmente oligossacarídeos que são hidratos de carbono compostos por duas a dez unidades monoméricas e representam cerca de 50% do peso seco da borra de café, tendo usos em várias áreas da tecnologia como, por exemplo, no enriquecimento alimentar de ração animal e no uso como prebiótico favorecendo a cultura de bactérias especificas e benéficas ao organismo visado. Tendo-se em vista esse cenário, o presente trabalho teve por objetivo avaliar do ponto de vista técnico e econômico uma rota de produção de oligossacarídeos a partir da hidrólise ácida da borra de café utilizando o software Aspen Plus® versão 12.1. Para cumprir este objetivo foi considerada a caracterização da biomassa de borra de café, parâmetros do processo e subprodutos referenciados em dados de bibliografia experimental e teórica. Como resultado, a partir de 890,41 kg/h de borra de café, foram obtidos 158,59 kg/h de oligossacarídeos de glicose e manose com graus de polimerização variando de 1 a 9 unidades monoméricas, junto ao subproduto 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) obtido a uma vazão mássica de 11,93 kg/h e recuperado com 97,764% de pureza podendo ser usado como fonte de receita secundária. Uma rede com 12 trocadores de calor com uma área total de troca térmica de 6710 m2 foi obtida a partir da integração energética do processo por meio do software Aspen Energy Analyzer® propiciando uma economia de até 56,01% das utilidades ao usar o calor das diferentes correntes do processo. A análise econômica do projeto utilizando o software Aspen Process Economics Analyzer® apresentou TIR e ROI positivos para uma TMA de 20% evidenciando a viabilidade da planta. Porém, é clara a necessidade de a planta de produção de oligossacarídeos ser anexa à planta de produção de café solúvel ou instantâneo para que os custos de obtenção e transporte da borra de café sejam minimizados e haja uma maior viabilidade, dado o grande custo de operação
anual do processo em relação a sua receita.
Abstract (english)
Spent Coffee grounds are waste resulting from the industrial process of producing soluble or instant coffee, with an estimated generation of around six million tons per year. Given its constitution, coffee grounds biomass is a source of bioactive substances such as proteins, lipids and mainly oligosaccharides, which are carbohydrates composed of two to ten monomeric units and represent around 50% of the dry weight of spent coffee grounds, having uses in various areas of technology such as, for example, food enrichment of animal feed and use as a prebiotic, favoring the culture of specific bacteria beneficial to the target organism. Considering this scenario, the present work aimed to evaluate, from a technical and economic point of view, a route for producing oligosaccharides from the acid hydrolysis of spent coffee grounds using the Aspen Plus® software version 12.1. To achieve this objective, the characterization of coffee grounds biomass, process parameters and by-products referenced in experimental and theoretical bibliography data was considered. As a result, from 890.41 kg/h of coffee grounds, 158.59 kg/h of glucose and mannose oligosaccharides were obtained with degrees of polymerization ranging from 1 to 9 monomeric units, together with the by-product 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) obtained at a mass flow rate of 11.93 kg/h and recovered with 97.764% purity that can be used as a secondary source of revenue. A network with 12 heat exchangers with a total thermal exchange area of 6710 m2 was obtained from the energy integration of the process using the Aspen Energy Analyzer® software, providing savings of up to 56.01% of utilities when using heat from different streams of the process. The economic analysis of the project using the Aspen Process Economics Analyzer® software presented positive IRR and ROI for a TMA of 20%, demonstrating the viability of the plant. However, there is a clear need for the oligosaccharide production plant to be attached to the soluble or instant coffee production plant so that the costs of obtaining and transporting spent coffee grounds are minimized and there is greater viability, given the high annual operating cost of the process in relation to your revenue.
Description
Keywords
Oligossacarídeos, Borra de café, Aspen Plus, Hidrólise ácida
Language
Portuguese
Citation
SILVA, Renan Netto da. Produção de oligossacarídeos a partir da hidrólise da biomassa lignocelulósica da borra de café. 2024. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista, Araraquara, 2023.
