A Tabela 10 mostra os valores preditos e observados experimentalmente com relação à variável resposta Galactose total. Nela foi observado o mesmo comportamento dos valores obtidos para variável resposta Monossacarídeos totais, com exceção dos valores de três experimentos: a combinação dos níveis -1 de concentração de ácido e quantidade de biomassa (experimento 2); o nível –α da concentração de ácido (experimento 9) e o nível –α da quantidade de biomassa (experimento 11).
Tabela 10: Delineamento Composto Central completo na ordem padrão com valores codificados e valores preditos e observados da variável resposta Galactose total.
Experimento
Variáveis independentes reais (e codificadas) Teores de Galactose total (g.L-1) Concentração de Ácido (M; X1) Concentração de Biomassa (g.L-1; X2) Tempo de Reação (min; X3) Predito Observado 1 0,60 (-1,00) 200 (-1,00) 10,00 (-1,00) 62,9101 73,9819 2 0,60 (-1,00) 200 (-1,00) 30,00 (1,00) 47,6654 69,9378 3 0,60 (-1,00) 600 (1,00) 10,00 (-1,00) 81,964 88,0734 4 0,60 (-1,00) 600 (1,00) 30,00 (1,00) 101,545 110,895 5 2,00 (1,00) 200 (-1,00) 10,00 (-1,00) 55,816 54,03 6 2,00 (1,00) 200 (-1,00) 30,00 (1,00) 61,638 55,1509 7 2,00 (1,00) 600 (1,00) 10,00 (-1,00) 113,652 98,9401 8 2,00 (1,00) 600 (1,00) 30,00 (1,00) 146,361 142,85 9 0,12 (-1,68) 400 (0,00) 20,00 (0,00) 46,0398 21,0231 10 2,48 (1,68) 400 (0,00) 20,00 (0,00) 77,834 92,7983 11 1,30 (0,00) 64 (-1,68) 20,00 (0,00) 36,664 20,53 12 1,30 (0,00) 736 (1,68) 20,00 (0,00) 130,505 135,743 13 1,30 (0,00) 400 (0,00) 3,18 (-1,68) 103,972 107,218 14 1,30 (0,00) 400 (0,00) 36,82 (1,68) 118,697 104,731 15 1,30 (0,00) 400 (0,00) 20,00 (0,00) 130,779 135,246 16 1,30 (0,00) 400 (0,00) 20,00 (0,00) 130,779 133,266 17 1,30 (0,00) 400 (0,00) 20,00 (0,00) 130,779 125,659
Os resultados discrepantes observados nos três experimentos da referida tabela, provavelmente devem estar relacionados com a severidade dos tratamentos relativa às maiores ou menores concentrações de biomassa a serem hidrolisadas e maiores ou menores concentrações de ácido. No nível 0, a média de Galactose total observada foi de 131,39 ±5,06 g.L-1, podendo ser considerado todos os experimentos reprodutíveis.
Os efeitos das variáveis independentes sobre os teores de Galactose total foram obtidos através dos cálculos das estimativas por intervalo de confiança e do teste das hipóteses para os coeficientes (Apêndice C).
Pela análise do teste “t de Student”, as variáveis independentes concentração de biomassa no modo linear (X2) e das concentrações de ácido (X12) e biomassa no modo quadrático (X22), seguindo esta ordem, foram consideradas significativas por apresentarem valores de p menores que 0,05, o que pode ser visualizado no Gráfico de Pareto, mostrado na Figura 21.
Figura 21: Gráfico de Pareto representando os efeitos estimados que influenciam a geração de Galactose total para p = 0,05.
A Tabela 11 mostra a análise de variância realizada para averiguar a qualidade do ajuste do modelo quadrático. O modelo quadrático dado em função dos três parâmetros
0,5032973 0,8748063 -1,25076 1,335114 1,486768 1,889475 -3,04285 -4,40891 5,595199 p = 0,05 1L*3L (3) Tempo (L) Tempo (Q) 2L*3L 1L*2L (1) Ácido (L) Biomassa (Q) Ácido (Q) (2) Biomassa (L) 0,5032973 0,8748063 -1,25076 1,335114 1,486768 1,889475 -3,04285
(X1, X2 e X3) foi validado e este foi capaz de explicar os efeitos de interação entre as variáveis independentes, pois: o valor de FRegressão (70,15) calculado, foi maior que o F tabelado (3,67), indicando que a regressão foi significativa. E, o valor de FFalta de ajuste (18,19) foi menor que o valor de F tabelado (19,29), indicando que o modelo não necessitou de ajustes. Assim, o modelo quadrático apresentado na Equação 8 foi estatisticamente significante no intervalo de confiança 95% para a simulação de Galactose total.
Y3 = -46,3015235 + 104,889653 * X1 -49,4215914 * X12 + 0,297465372 * X2 -
0,000418584206 * X22 + 0,83378615* X3 -0,0686997684 * X32 +
0,0692531982 * X1 * X2 + 0,468868796 * X1 * X3 + 0,00435324467 * X2
* X3 (8)
onde Y3 é o teor de Galactose total (g.L-1), X1 é concentração de ácido (M), X2 é concentração de biomassa (g,L-1) e X3 é tempo de reação (min).
O modelo quadrático apresentou um bom ajuste às respostas avaliadas, pois o coeficiente de determinação percentual R2% foi de 89% (R2 = 0,89). Esse resultado foi reforçado pela grande diferença ente os FRegressão calculado e tabelado.
Tabela 11: Análise de variância para o modelo quadrático de Superfície de Resposta para a geração de Galactose total.
Fonte de Variação Soma Quadrática Graus de Liberdade Média Quadrática Fcal Regressão 23865,25 9 23865,25 70,15 Resíduo 2381,43 7 340,20
Falta de ajuste (FA) 2330,20 5 466,04 18,19
Erro Puro (EP) 51,23 2 25,61
R2 0,89
F 9,7 (0,95) = 3,67; F 5,2 (0,95) = 19,29
A Figura 22 apresenta os resultados experimentais versus os resultados preditos pelo modelo, mostrando uma boa concordância entre eles, pois há uma distribuição uniforme dos valores observados e preditos.
Figura 22: Correlação entre os resultados preditos e observados experimentalmente para a variável resposta Galactose total.
A Superfície de resposta (Figura 23a) e a Curva de contorno (Figura 23b) indicaram a influência da concentração de ácido e biomassa na geração de Galactose total após a hidrólise ácida da macroalga vermelha S. filiformis.
Figura 23: Superfície de resposta (a) para a geração de Galactose total e Curva de contorno (b) em função da concentração de ácido e da quantidade de biomassa.
DV: Galactose total 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Valores observados 20 40 60 80 100 120 140 160 V al o res p red it o s
O gráfico de superfície de resposta mostrou a superfície tridimensional da variável resposta Galactose total em função dos fatores concentração de ácido e biomassa. Na Figura 23b pôde-se observar as maiores concentrações de Galactose total, relativas à mais de 100 g.L-1 e as menores concentrações, com valores inferiores a 10 g.L-1. Pôde- se observar a intensidade de resposta relativa a variações pequenas nos eixo x ou y, expressa pela curvatura da superfície, apresentando, assim, o mesmo comportamento da Figura 13. Também foi observado um ponto de inflexão na superfície, o que indica ser possível a otimização do modelo e a obtenção de um ponto máximo para a geração de Galactose total.
O gráfico de contorno para Galactose total mostrou uma superfície bidimensional, cuja resposta expressa as concentrações desse monossacarídeo através de um diagrama de cores, com concentrações superiores à 140 g.L-1 e inferiores à 28 g.L-1. Nesse gráfico, também foi possível perceber áreas referentes à mesma concentração de Galactose total, mas que são correspondentes à faixas de concentrações de ácido e biomassa diferentes;
Em uma análise geral, o aumento na geração de Galactose total também foi promovido por um aumento na concentração de ácido e biomassa. Também foi observado que a partir de 1,6 M de ácido e 660 g.L-1 de biomassa, houve um decréscimo no teor de Galactose total; Pôde-se observar que a geração de galactose se deu em condições mais brandas de hidrólise se comparadas com a geração de Monossacarídeos totais, pela análise do ponto de inflexão da superfície, localizado em 1,6 M de ácido e 665,7 g.L-1 de biomassa.
Também foi observada a relação entre os teores de Monossacarídeos totais e Galactose total gerados. Pôde-se afirmar que a maior parte dos monossacarídeos totais presente nos hidrolisados é referente ao monossacarídeo galactose, com a ocorrência de glucose em muito menor concentração, com uma média de 9,45 ± 4,3 g.L-1 desse monossacarídeo.
O modelo quadrático representado pela Equação 8 foi maximizado a fim de determinar os valores para as concentrações do ácido (X1), de biomassa (X2) e tempo de reação (X3) que fornecem o ponto ótimo de geração de Galactose total. A maximização do modelo foi estimada em 154,74 g.L-1 para 1,6 M de H2SO4, 665,7 g.L-1 de biomassa e 32,9 min de processo. Assim, também foi possível otimizar a geração de Galactose total pela a hidrólise da macroalga S. filiformis utilizando MSR.
Utilizando a Equação 2, pela substituição do numerador da equação (Y1) pela concentração de Galactose total (Y3) o fator de conversão de biomassa em galactose foi de 0,2476 (aproximadamente 0,25).
Na literatura, são relatados trabalhos com algas marinhas como biomassa em processos de hidrólise que obtiveram geração de galactose com a utilização da metodologia DCCR. Lee et al., (2016) estudaram a hidrólise ácida da alga vermelha Kappaphycus alvarezii para a geração de Monossacarídeos totais e utilizaram como parâmetros a temperatura e tempo de reação e a quantidade de catalisador. Como resultados, obtiveram a geração de 2,15 g.L-1 de glucose e 14,47 g.L-1 de galactose (fatores de conversão 0,03 e 0,21, respectivamente) em diferentes pontos ótimos. Hargreaves et al., (2013) também utilizaram a alga vermelha K. alvarezii para a geração de Monossacarídeos totais com concentração de ácido sulfúrico e tempo de processo como parâmetros estudados; eles obtiveram 81,62 g.L-1 de galactose, que corresponde a um fator de conversão de 0,24. Os dados obtidos nos dois trabalhos anteriores são similares aos obtidos no presente trabalho (0,25) para a geração de Galactose total.
Das et al., (2015) estudaram a porcentagem de hidrólise enzimática da lactose (resposta) pela enzima β-galactosidase utilizando como parâmetros a temperatura, pH da solução e quantidade da enzima. Como resultados, eles obtiveram 0,38 g de açúcar/ g de lactose, gerando 15,3 g.L-1 de monossacarídeos e restando 24,76 g.L-1 de lactose não hidrolisada. Desse montante, pode-se inferir que metade da concentração de monossacarídeos gerados é referente à galactose e metade é referente à glucose (7,65 g.L-1). A utilização de lactose é importante, pois industrialmente, a galactose é produzida a partir da lactose encontrada no leite, que em geral possui uma concentração de 40 g.L-1. Com essa eficiência obtida, evidencia-se a importância do presente trabalho para a obtenção de meio com altos teores de galactose, que pode ser aplicado em diferentes áreas específicas como a síntese de galactooligossacarídeos (HASSAN et al., 2014) e a produção de D-tagatose (MANZO et al., 2015), que são produzidas a partir da lactose ou seus produtos de hidrólise.