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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Pré-tratamento organossolve do bagaço da cana-de-açúcar com glicerina bruta para obtenção de açúcares fermentescíveis
Alternate title (s): Pre-treatment of sugarcane bagasse with crude glycerin to obtain fermentable sugars
Author: Santos, Renata Vidal dos
First Advisor: Pasquini, Daniel
Second Counselor: Gurgel, Leandro Vinicius Alves
First member of the Committee: Otaguro, Harumi
Second member of the Committee: Silva, Adilson Candido
Third member of the Committee: Pasquini, Daniel
Summary: 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.
Keywords: Bagaço de cana-de-açúcar
Biocombustíveis
Pré-tratamento
Bagaço de cana
Glicerol-Bruto
Biomassa
Sugarcane bagasse
Pre-treatment
Crude glycerol
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis
Quote: 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. Disponível em:http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.307.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.307
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24678
Date of defense: 21-Aug-2018
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