As análises de variância para a geração de Monossacarídeos totais e Galactose total mostraram a concentração de substrato como o fator de maior influência na hidrólise ácida da macroalga S. filiformis. Então, foram realizados estudos de hidrólise substrato-dependente com a variação da concentração de ácido (Figura 27) e do tempo de hidrólise (Figura 28) para a quantificação da influência dos parâmetros de concentração de ácido e do tempo de reação nas respostas estudadas; e obtenção de uma melhor compreensão da influência dos parâmetros nas respostas Monossacarídeos totais e Galactose total.
Nesses gráficos, a linha vertical pontilhada representa o limite do espaço experimental do delineamento e os valores à sua esquerda possuem confiabilidade estatística no nível de confiança de 95%. Já os valores à direita da linha pontilhada não possuem confiabilidade estatística e nem existe segurança quanto ao seu comportamento. Entretanto, foi realizada a simulação desses dados na tentativa de acompanhar as tendências das retas de Monossacarídeos totais e Galactose total e sugerir o que acontece com os monossacarídeos quando são aumentadas demasiadamente a concentração do ácido ou o tempo de hidrólise. Dessa forma, pode-se compreender melhor o processo de hidrólise aqui estudado.
Figura 27: Comportamento de hidrólise substrato-dependente da hidrólise ácida de Solieria filiformis: estudo da variação na concentração do ácido na geração de a) Monossacarídeos totais e b) Galactose total.
♦ 720 g,L-1; ■ 650 g,L-1; ▲ 580 g,L-1;
˟
520 g,L-1; Җ 450 g,L-1; ●380 g,L-1. - - - Espaço amostral do delineamento.A análise da Figura 27 permitiu analisar que o aumento de ácido fez com que o teor de Monossacarídeos totais e Galactose total aumentasse em 3 ±0,3 vezes. Foi percebido que grandes aumentos na concentração de ácido podem resultar em uma redução nos teores de Monossacarídeos totais e Galactose total obtidos.
Como já discutido anteriormente, na análise da Figura 17, para a obtenção de uma hidrólise com concentração de Monossacarídeos totais entre 30 e 80 g.L-1, é possível
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 G al ac to se to ta l ( g. L -1) Ácido (M) b 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 M o n o ss ac ar íd eo s to ta is (g .L -1) Ácido (M) a
escolher a combinação de fatores ácido/ biomassa (M/g) de 0,8/3 ou 2/3. Pela análise do gráfico de comportamento de hidrólise substrato-dependente em função da concentração de ácido (Figura 27), percebe-se a tendência de redução da quantidade de Monossacarídeos totais com o aumento da concentração de ácido. Isso deve levar à degradação dos monossacarídeos gerados pela hidrólise da alga. Dessa forma, o mesmo valor de Monossacarídeos totais para as duas combinações diferentes de parâmetros pode ser atribuído simplesmente à perda de monossacarídeos.
Pela análise da Figura 27, o aumento nos teores de Monossacarídeos totais e Galactose total foi de 1,6 ±0,2 vezes. Também foi observada uma redução dos teores de Monossacarídeos totais e Galactose total com um grande aumento no tempo de hidrólise. As Figura 28a e 28b foram construídas para [ácido] = 1,8 e 1,6 M, respectivamente. Um aumento indiscriminado no tempo de hidrólise com o objetivo de gerar maiores teores de Monossacarídeos totais ou Galactose total pode causar degradação dos mesmos. Dessa forma, é inefetivo um grande aumento no tempo de hidrólise a fim de obter maiores teores de monossacarídeos e se faz necessário um controle na condução do processo de hidrólise ácida da macroalga S. filiformis.
A Figura 28a e 28b foi construída para T = 36,8 e 32,9 min, respectivamente. Como já discutido anteriormente, isso se deve à perda de monossacarídeos por degradação. Assim, existe um limite na concentração de ácido que se deve utilizar a fim de evitar a perda dos monossacarídeos obtidos por hidrólise e as condições mais brandas possíveis devem ser atingidas para evitar essa perda.
Pela análise dos comportamentos de hidrólise, é possível perceber que a influência do ácido sobre as respostas analisadas foi 1,8 vezes maior que o tempo de processo. Isso permite melhor compreensão da significância desses efeitos, visto que a influência do tempo foi considerada não significativa pela ANOVA, enquanto a influência da concentração de ácido foi considerada significativa.
Figura 28: Comportamento de hidrólise substrato-dependente da hidrólise ácida de Solieria filiformis: estudo da variação no tempo de hidrólise para a geração de a) Monossacarídeos totais e b) Galactose total.
♦ 720 g,L-1; ■ 650 g,L-1; ▲ 580 g,L-1;
˟
520 g,L-1; Җ 450 g,L-1; ●380 g,L-1. - - - Espaço amostral do delineamento.0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 3,2 10 16,8 23,6 30,4 37,2 44 50,8 57,6 64,4 G al ac to se to ta l ( g. L -1) Tempo (min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 3,2 10 16,8 23,6 30,4 37,2 44 50,8 57,6 64,4 M o n o ss ac ar íd eo s to ta is (g .L -1) Tempo (min) a b
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A Tabela 14 mostra de forma resumida os principais resultados das variáveis dependentes obtidos neste trabalho.
Tabela 14: Comparação das variáveis respostas utilizadas em relação aos modelos gerados, resultados obtidos e coeficientes de determinação.
Todos os modelos quadráticos produzidos que tentaram explicar o comportamento dos resultados observados (geração de Monossacarídeos totais, fator de conversão de biomassa em monossacarídeos totais, geração de Galactose total e Volume de hidrolisado recuperado) foram significativos e possuem confiabilidade estatística para uso posterior. Os dados obtidos através dos modelos gerados apresentaram boa representatividade dos resultados obtidos, de 80 a 89%, representados pelo R2. As otimizações das hidrólises para as variáveis dependentes Monossacarídeos totais e Galactose total foram possíveis de serem realizadas e informam qual a máxima geração
de monossacarídeos (galactose e glucose ou exclusivamente galactose) que podem ser produzidos para se gerar um meio líquido com alto teor destas moléculas (174,06 g.L-1 de monossacarídeos totais e 154,73 g.L-1 de galactose). Além disso, pela MSR, também podem ser produzidos meios líquidos com teores específicos de monossacarídeos, de modo a se atingir uma maior eficiência guiada pelo fator de conversão e também uma maior economia na aquisição de matérias prima e insumos, como por exemplo, o ácido utilizado. Caso as condições de hidrólise necessárias sejam brandas, isso também resultará na prevenção de perda dos produtos de hidrólise (monossacarídeos) e num menor desgaste do maquinário industrial utilizado para a realização das reações.
Também, deve-se ressaltar, que o uso das metodologias presentes neste trabalho permite uma vasta possibilidade de escolha de qual resultado pode ser utilizado pela combinação de diferentes fatores (concentração de ácido e biomassa utilizados e tempo de reação). Isso possibilita otimizar o resultado não somente em relação aos valores reais obtidos em cada resposta, como também nos custos inerentes aos reagentes e maquinários a serem utilizados, inclusive à longo prazo.
6 CONCLUSÃO
Diante dos resultados, conclui-se que a otimização da hidrólise ácida da macroalga vermelha S. filiformis foi possível de ser realizada utilizando os parâmetros de concentração de ácido, quantidade de biomassa e tempo de processo, para as variáveis resposta Monossacarídeos totais, Fator de conversão de biomassa em monossacarídeos, Galactose total e Volume recuperado, com confiabilidade estatística e a confecção de modelos matemáticos preditivos para as quatro variáveis resposta estudadas.
APÊNDICE A - EFEITOS E TCAL PARA A GERAÇÃO DE
MONOSSACARÍDEOS TOTAIS.
Fatores Efeitos Erro
padrão tcal valor p
- 95% Lim. Conf.
- 95%
Lim. Conf. Coefic. Principal 142,3700 12,44711 11,43800 0,000009 112,9373 171,8027 142,3700 Efeitos principais X1: Concentração de ácido (L) 19,7453 11,69109 1,68892 0,135087 -7,8998 47,3903 9,8726 X1: Concentração de ácido (Q) -49,8876 12,86594 -3,87749 0,006073 -80,3107 -19,4645 -24,9438 X2: Concentração de biomassa (L) 59,9117 11,69625 5,12230 0,001365 32,2545 87,5689 29,9559 X2: Concentração de biomassa (Q) -36,7041 12,88910 -2,84768 0,024771 -67,1820 -6,2262 -18,3520 X3: Tempo de reação (L) 8,8656 11,69109 0,75832 0,473011 -18,7794 36,5106 4,4328 X3: Tempo de reação (Q) -14,4061 12,86594 -1,11971 0,299780 -44,8293 16,0170 -7,2031 Interações X1X2: (L) 19,6940 15,27514 1,28928 0,238264 -16,4260 55,8140 9,8470 X1X3: (L) 11,1583 15,27514 0,73049 0,488814 -24,9617 47,2783 5,5791 X2X3: (L) 23,3593 15,27514 1,52924 0,170054 -12,7606 59,4793 11,6797
APÊNDICE B - EFEITOS E TCAL PARA O FATOR DE CONVERSÃO DE
BIOMASSA EM MONOSSACARÍDEOS TOTAIS.
Fatores Efeitos Erro
padrão tcal valor p
- 95% Lim. Conf.
+ 95%
Lim. Conf. Coefic. Principal 0,355148 0,036129 9,82998 0,000024 0,269716 0,440580 0,355148 Efeitos principais X1: Concentração de ácido (L) 0,030028 0,033935 0,88487 0,405593 -0,050215 0,110271 0,015014 X1: Concentração de ácido (Q) -0,119427 0,037345 -3,19795 0,015109 -0,207733 -0,031120 -0,059713 X2: Concentração de biomassa (L) -0,130519 0,033950 -3,84450 0,006337 -0,210797 -0,050241 -0,065260 X2: Concentração de biomassa (Q) -0,035159 0,037412 -0,93977 0,378622 -0,123624 0,053307 -0,017579 X3: Tempo de reação (L) 0,008334 0,033935 0,24559 0,813045 -0,071909 0,088577 0,004167 X3: Tempo de reação (Q) -0,030723 0,037345 -0,82269 0,437810 -0,119030 0,057583 -0,015362 Interações X1X2: (L) 0,066015 0,044338 1,48891 0,180120 -0,038827 0,170857 0,033007 X1X3: (L) 0,025217 0,044338 0,56875 0,587301 -0,079625 0,130059 0,012609 X2X3: (L) 0,047219 0,044338 1,06498 0,322235 -0,057623 0,152061 0,023609
APÊNDICE C - EFEITOS E TCAL PARA A GERAÇÃO DE GALACTOSE
TOTAL.
Fatores Efeitos Erro
padrão tcal valor p
- 95% Lim. Conf.
- 95%
Lim. Conf. Coefic. Principal 130,7692 10,62767 12,30460 0,000005 105,6388 155,8997 130,7692 Efeitos principais X1: Concentração de ácido (L) 18,8610 9,98216 1,88948 0,100753 -4,7430 42,4651 9,4305 X1: Concentração de ácido (Q) -48,4332 10,98528 -4,40891 0,003123 -74,4092 -22,4571 -24,2166 X2: Concentração de biomassa (L) 55,8768 9,98657 5,59520 0,000820 32,2623 79,4913 27,9384 X2: Concentração de biomassa (Q) -33,4867 11,00506 -3,04285 0,018771 -59,5096 -7,4639 -16,7434 X3: Tempo de reação (L) 8,7325 9,98216 0,87481 0,410688 -14,8716 32,3365 4,3662 X3: Tempo de reação (Q) -13,7400 10,98528 -1,25076 0,251207 -39,7160 12,2361 -6,8700 Interações X1X2: (L) 19,3909 13,04232 1,48677 0,180669 -11,4493 50,2311 9,6954 X1X3: (L) 6,5642 13,04232 0,50330 0,630203 -24,2760 37,4043 3,2821 X2X3: (L) 17,4130 13,04232 1,33511 0,223622 -13,4272 48,2532 8,7065
APÊNDICE D - EFEITOS E TCAL PARA O VOLUME RECUPERADO.
Fatores Efeitos Erro
padrão tcal valor p
- 95% Lim. Conf.
+ 95%
Lim. Conf. Coefic. Principal 83,8310 4,748904 17,65272 0,000000 72,6017 95,06042 83,83104 Efeitos principais X1: Concentração de ácido (L) 16,4019 4,460462 3,67717 0,007889 5,8545 26,94917 8,20093 X1: Concentração de ácido (Q) -12,3699 4,908701 -2,52000 0,039811 -23,9771 -0,76268 -6,18496 X2: Concentração de biomassa (L) -11,1750 4,462431 -2,50423 0,040739 -21,7269 -0,62298 -5,58748 X2: Concentração de biomassa (Q) -1,0519 4,917538 -0,21391 0,836717 -12,6800 10,57623 -0,52595 X3: Tempo de reação (L) 2,9755 4,460462 0,66709 0,526085 -7,5718 13,52285 1,48777 X3: Tempo de reação (Q) 2,1258 4,908701 0,43306 0,677999 -9,4815 13,73301 1,06289 Interações X1X2: (L) 5,5000 5,827874 0,94374 0,376727 -8,2807 19,28073 2,75000 X1X3: (L) 2,5000 5,827874 0,42897 0,680836 -11,2807 16,28073 1,25000 X2X3: (L) 2,5000 5,827874 0,42897 0,680836 -11,2807 16,28073 1,25000
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