Publicação: Pré-tratamento organossolve do bagaço da cana-de-açúcar com glicerina bruta para obtenção de açúcares fermentescíveis
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
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Resumo
Em decorrência da diminuição da dependência de combustíveis fósseis, a biomassa
lignocelulósica é uma das principais alternativas para diversificação da matriz energética
mundial. Dentre as biomassas, o bagaço da cana-de-açúcar tem se tornado atraente em virtude
do cenário cada vez mais crescente de produção de cana-de-açúcar e do seu potencial de ser
convertido em açúcares fermentescíveis para a produção de etanol de segunda geração (2G).
Neste trabalho, avaliou-se o pré-tratamento organossolve com glicerol bruto, como solvente de
deslignificação do bagaço de cana e a obtenção de açúcares fermentescíveis por hidrólise
enzimática, visando a produção de etanol de 2G. As condições experimentais foram definidas
por um planejamento experimental do tipo Doehlert (23), com três variáveis independentes:
temperatura (°C), tempo (min) e razão sólido-líquido (RSL) (mL/g). No total 15 experimentos
foram realizados, sendo três repetições do ponto central. As reações de pré-tratamento foram
realizadas utilizando como solvente uma mistura de água-glicerol bruto na proporção de 80:20
(80 mL glicerol/ 20mL de água), em um reator tubular (tipo autoclave) de aço inox sob
diferentes temperaturas (150, 160, 170, 180, 190, 200 e 210°C), tempo (30, 60, 90, 120 e 150
min) e razão sólido-líquida (6, 8 e 10). A eficiência do pré-tratamento foi avaliada através de
caracterização morfológica e química da fração sólida obtida, hidrólise enzimática pela
quantificação de açúcares redutores totais (ART), além da quantificação de açúcares
fermentescíveis como a xilose e a glicose via Cromatografia Líquida de Alta Eficiência
(CLAE). A fração sólida foi caracterizada quanto ao rendimento final após pré-tratamento e em
relação ao teor de deslignificação, remoção de hemiceluloses e obtenção de celulose. A melhor
condição de deslignificação 210°C/60 min/8 (mL/g) foi para a amostra 9 que teve 79,02 % de
deslignificação e concentração de glicose de 59,49 g/L. A condição de pré-tratamento que
obteve o maior percentual de celulose, 82,49%, foi para a amostra 1, pré-tratada nas seguintes
condições:180°C/150 min/8 (mL/g), sendo essa, a amostra que alcançou a maior conversão
enzimática, 412,35 (mg/mL) de açúcares redutores totais (ART), com a utilização de carga de
enzimas relativamente baixa 10FPU/g de celulose. Outras amostras pré-tratadas em condições
diferentes estabelecidas no planejamento também alcançaram conversão satisfatória de
açúcares redutores totais. Quando analisado os açúcares fermentescíveis como a glicose, a
amostras 9 e 10 foram as que apresentaram melhores concentrações de glicose correspondendo
as 59,49 g/L e 59,75g/L respectivamente. De modo geral, o pré-tratamento organossolve com
glicerol bruto favoreceu a hidrólise enzimática do substrato pré-tratado, as análises de MEV e
Raio-x (DRX) mostraram que o pré-tratamento removeu lignina e hemiceluloses da fibra
vegetal do bagaço de cana, abrindo a estrutura altamente recalcitrante da biomassa.
Abstract
As a result of the decrease in dependence on fossil fuels, lignocellulosic biomass is one of the
main alternatives for the diversification of the world energy matrix. Among biomasses,
sugarcane bagasse has become attractive due to the growing scenario of sugarcane production
and its potential to be converted into fermentable sugars for the production of second generation
ethanol (2G). In this work, the organosolve pretreatment with crude glycerol, as a solvent for
the delignification of the sugarcane bagasse and the obtaining of fermentable sugars by
enzymatic hydrolysis, aiming at the production of 2G ethanol was evaluated. Experimental
conditions were defined by Doehlert (23) experimental design, with three independent
variables: temperature (°C), time (min) and solid-liquid ratio (RSL) (mL/g). A total of 15
experiments were performed, with three replicates of the central point. Pretreatment reactions
were performed using a 80:20 crude water-glycerol mixture (80 mL glycerol / 20 mL water) as
solvent in a stainless steel tubular reactor (autoclave type) under different temperatures (150 ,
160, 170, 180, 190, 200 and 210° C), time (30, 60, 90, 120 and 150 min) and solid-liquid ratio
(6, 8 and 10). The efficiency of the pretreatment was evaluated through the morphological and
chemical characterization of the solid fraction obtained, enzymatic hydrolysis by the
quantification of total reducing sugars (ART), as well as the quantification of fermentable
sugars such as xylose and glucose via High Efficiency Liquid Chromatography (CLAE). The
solid fraction was characterized as the final yield after pretreatment and in relation to the
delignification content, removal of hemicelluloses and obtaining cellulose. The best
delignification condition 210°C/60 min/8(mL/g) was for sample 9 which had 79.02% of
delignification and glucose concentration of 59.49 g/L. The pretreatment condition that
obtained the highest percentage of cellulose, 82.49%, was for sample 1, pretreated under the
following conditions: 180 ° C/150 min / 8 (mL / g), sample that achieved the highest enzymatic
conversion, 412.35 (mg / mL) of total reducing sugars (ART), using the relatively low enzyme
loading 10FPU / g cellulose. Other samples pre-treated under different conditions established
in the planning also achieved satisfactory conversion of total reducing sugars. When analyzed
fermentable sugars such as glucose, samples 9 and 10 presented the best glucose concentration
corresponding to 59.49 g/L and 59.75 g/L, respectively. In general, pre-treatment with crude
glycerol favored the enzymatic hydrolysis of the pretreated substrate, the SEM and X-ray
(XRD) analyzes showed that pretreatment removed lignin and hemicelluloses from the plant
fiber of sugarcane bagasse, opening up the highly recalcitrant structure of biomass.
Palavras-chave
Bagaço de cana-de-açúcar, Biocombustíveis, Pré-tratamento, Bagaço de cana, Glicerol-Bruto, Biomassa, Sugarcane bagasse, Pre-treatment, Crude glycerol
Citação
SANTOS, Renata Vidal dos. Pré-tratamento organossolve do bagaço da cana-de-açúcar com glicerina bruta para obtenção de açúcares fermentescíveis. 2018. 79 f. Dissertação (Mestrado em Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.307.