Extração de compostos oriundos dos resíduos agroindustriais de maçã e uva dentro do conceito de biorrefinaria

dc.contributor.advisor1Alberti, Aline
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dc.contributor.referee1Zielinski, Acácio Antonio Ferreira
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dc.contributor.referee2Canteri, Maria Helene Giovanetti
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dc.contributor.referee3Salem, Renata Dinnies Santos
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dc.contributor.referee4Nogueira, Alessandro
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dc.creatorCostello, Rafaela Gomes
dc.creator.Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.date.accessioned2024-09-02T17:40:38Z
dc.date.accessioned2026-06-30T19:37:19Z
dc.date.available2024-09-02T00:00:00Z
dc.date.available2024-09-02T17:40:38Z
dc.date.issued2024-06-26
dc.description.abstractApple and grape processing industries face difficulties when it comes to the proper disposal of an industrial co-product, pomace. This lignocellulosic residue, obtained after apple pressing or grape fermentation, corresponds to around 25-45% of the weight of the processed fruit. This bagasse contains organic acids, soluble sugars, phenolic compounds and pectin in its composition, which have high added value when recovered. Studies have explored technologies for recovering these compounds, however, the lignocellulosic material remains after the process, and the problem has been partially resolved. Therefore, this thesis aims to investigate and evaluate the potential of apple and grape pomace for recovering high-value compounds, seeking innovative and sustainable technologies that adapt to the concept of bioeconomy and circular economy and with full use of lignocellulosic waste. In Chapter 1, a theoretical approach to the concepts surrounding the thesis was developed based on the available literature based on scientific articles and recent publications. This chapter provides the theoretical basis for the other chapters. In Chapter 2, apple pomace was obtained after pressing apples cv. Gala in full juice. Considering bagasse as a second-generation raw material for a biorefinery, three phases were divided. Phase 1 consisted of the individual extraction of soluble sugars and organic acids (Extract 1), phenolic compounds (Extract 2) and pectin (Extract 3). In Extract 1, glucose (5%), fructose (21%), sucrose (2%) and malic acid (5 mg/mL) were identified and quantified by high- performance liquid chromatography (HPLC). Analysis of total phenolic compounds (333 mg EAC/L) and FRAP antioxidant activity (951 μmol/L) were carried out for Extract 2 using spectrophotometric methods. The pectin precipitated in Extract 2 showed a high degree of methoxylation, determined by titration and mid-infrared (IR) spectroscopy. Phase 2 covered the removal of lignin from the remaining lignocellulosic fraction, using a deep eutectic solvent (DES-Choline chloride: Lactic acid, 1:2) with the assistance of ultrasound equipment. Using Box-Behnken factorial design (temperature, solute:solvent ratio and DES concentration), 62% of the lignin can be extracted. Phase 3 completed the use of apple pomace, through the production of cellulose using the oxidative method (1M ammonium persulfate) and characterized by scanning electron microscopy (SEM). Chapter 3 covers the fermentation process of two national grape varieties Vitis labrusca (BRS Carmem, BRS Violeta) and the exploitation of pomace obtained in the industrial vinification of a Vitis vinifera grape variety (Cabernet Sauvignon). Violeta grape juice obtained a 61% yield, while cv. Carmem obtained 52%, by steam dragging, and for fermented products, 67 and 62%, respectively. The cv. Violeta showed a significant difference to the Carmem variety in terms of phenolic compounds (4965 mg EAG/ L), anthocyanins (780 cyanidin-3-glucoside (c3g) mg/L) and antioxidant activity (1709-4729 μmol TE/L) (values referring to the juice). For Part 2, the same biorefinery concept applied in the previous chapter was used as a basis for this chapter, obtaining Extract 1 (290 mg EAG/L) and Extract 2 (1892 mg EAG/L), Extract 3 with precipitation of low methoxylation pectin and cellulose production in micro size. The products recovered and produced from grape fermentation pomace have potential for future studies of their application in the low-calorie beverage industry, as water flavorings, in addition to the smart packaging and hydrogels market. The results obtained in this doctoral thesis propose sustainable solutions for the recovery of high-value compounds that can be applied as second-generation raw materials for innovative materials, through technology transfer between academia and industry.pt_BR
dc.description.resumoIndústrias de processamento de maçã e uva enfrentam dificuldades no que se refere ao descarte adequado de um coproduto industrial, o bagaço. Esse resíduo lignocelulósico, obtido após a prensagem da maçã ou fermentação da uva, corresponde a cerca de 25-45 % do peso da fruta processada. Esse bagaço mantém em sua composição ácidos orgânicos, açúcares solúveis, compostos fenólicos e pectina, que possuem alto valor agregado quando recuperados. Estudos têm explorado tecnologias para recuperação desses compostos, porém, o material lignocelulósico permanece após o processo, sendo o problema parcialmente resolvido. Assim, essa tese visa investigar e avaliar o potencial do bagaço de maçã e de uva para recuperação de compostos de alto valor agregado, buscando tecnologias inovadoras e sustentáveis, que se adaptem ao conceito de bioeconomia e economia circular e com total aproveitamento do resíduo lignocelulósico. No Capítulo 1, uma abordagem teórica sobre os conceitos que envolvem a tese foi elaborada a partir da literatura disponível em bases de artigos científicos e publicações recentes. Este capítulo fornece o embasamento teórico para os demais capítulos. No Capítulo 2, o bagaço de maçã foi obtido após prensagem de maçãs cv. Gala em suco integral. Considerando o bagaço como matéria-prima de segunda geração para uma biorrefinaria, foram divididas três fases. A Fase 1 consistiu na extração individual de açúcares solúveis e ácidos orgânicos (Extrato 1), compostos fenólicos (Extrato 2) e pectina (Extrato 3). No Extrato 1, glucose (5 %), frutose (21 %), sacarose (2 %) e ácido málico (5 mg/mL) foram identificados e quantificados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). As análises de compostos fenólicos totais (333 mg EAC/L) e atividade antioxidante FRAP (951 μmol/L) foram realizadas para o Extrato 2 através de métodos espectrofotométricos. A pectina precipitada no Extrato 2 apresentou alto grau de metoxilação, determinado por titulação e espectroscopia do infravermelho médio (IR). A Fase 2 abrangeu a remoção de lignina da fração lignocelulósica remanescente, com o uso de solvente eutético profundo (DES-Cloreto de colina: Ácido lático, 1:2) com assistência de equipamento de ultrassom. Utilizando planejamento fatorial Box- Behnken (temperatura, razão soluto: solvente e concentração do DES), 62% da lignina pode ser extraída. A Fase 3 finalizou o aproveitamento do bagaço de maçã, através da produção de celulose pelo método oxidativo (persulfato de amônio 1M) e caracterizada por microscopia de eletrônica de varredura (MEV). O Capítulo 3 abrange o processo de fermentação de duas variedades de uvas nacionais Vitis labrusca (BRS Carmem, BRS Violeta) e a exploração do bagaço obtido na vinificação industrial de uma variedade de uva Vitis vinifera (Cabernet Sauvignon). O suco de uva Violeta obteve 61 % de rendimento, enquanto a cv. Carmem obteve 52 %, por arraste a vapor, e para os fermentados, 67 e 62%, respectivamente. A cv. Violeta apresentou uma diferença significante para a variedade Carmem em termos de compostos fenólicos (4965 mg EAG/ L), antocianinas (780 cianidina-3-glicosídeo (c3g) mg/L) e atividade antioxidante (1709-4729 μmol TE/L) (valores referentes ao suco). Para uma segunda etapa, o mesmo conceito de biorrefinaria aplicado no capítulo anterior foi utilizado como base para esse capítulo, obtendo-se o Extrato 1 (290 mg EAG/L) e Extrato 2 (1892 mg EAG/L), Extrato 3 com precipitação de pectina de baixa metoxilação e produção de celulose em tamanho micro. Os produtos recuperados e produzidos a partir do bagaço da fermentação de uva apresentam potencial para futuros estudos da sua aplicação na indústria de bebidas de baixa caloria, como saborizantes de água, além do mercado de embalagens inteligentes e hidrogéis. Os resultados obtidos nessa tese de doutorado propõem soluções sustentáveis para recuperação de compostos de alto valor que podem ser aplicadas como matéria-prima de segunda geração para materiais inovadores, através da transferência de tecnologia entre academia e indústria.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.identifier.citationCOSTELLO, Rafaela Gomes. Extração de compostos oriundos dos resíduos agroindustriais de maçã e uva dentro do conceito de biorrefinaria. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/3768
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia de Alimentospt_BR
dc.publisher.initialsUEPGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentospt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectMalus domesticapt_BR
dc.subjectVitis sp.pt_BR
dc.subjectbagaço industrialpt_BR
dc.subjectcompostos fenólicospt_BR
dc.subjectbioeconomiapt_BR
dc.subjectcelulosept_BR
dc.subjectMalus domesticapt_BR
dc.subjectVitis sp.pt_BR
dc.subjectindustrial bagassept_BR
dc.subjectphenolic compoundspt_BR
dc.subjectbioeconomypt_BR
dc.subjectcellulosept_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOSpt_BR
dc.titleExtração de compostos oriundos dos resíduos agroindustriais de maçã e uva dentro do conceito de biorrefinariapt_BR
dc.typeTesept_BR

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