10º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0

TÍTULO: Caracterização e pré-tratamento alcalino do bagaço de malte como potencial matéria-prima para produção de etanol 2G

AUTORES: Lobo Gomes, C. (UFG) ; de Sousa Rodrigues, D. (EMBRAPA AGROENERGIA) ; Galeano Suarez, C.A. (UFG) ; Doraci Cavalcanti Montano, I. (UFG)

RESUMO: A necessidade de produzir combustíveis renováveis baratos para substituir combustíveis fósseis é assunto relevante nas agendas políticas de vários países. Entre as matérias-primas que podem ser usadas para a produção de biocombustíveis está o bagaço de malte, por se tratar de resíduo lignocelulósico disponível e de baixo custo. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar o bagaço de malte e realizar o seu pré-tratamento alcalino seguindo-se um planejamento fatorial 2^3 com três experimentos no ponto central; no qual as variáveis independentes foram: o tempo de contato (30, 60 e 90 min) e concentração de NaOH (4, 6 e 8%) obtendo-se melhores resultados de deslignificação com 8% de NaOH e 90 min e maior aumento de celulose com 6% de NaOH e 60 min.

PALAVRAS CHAVES: Biocombustíveis; Bagaço de malte; Pré-tratamento alcalino

INTRODUÇÃO: A crescente preocupação com a escassez de reservas de petróleo, juntamente com a necessidade de preservar o meio ambiente, é o principal motor da busca por fontes renováveis alternativas viáveis para a produção de combustíveis sustentáveis (PEREIRA et. al, 2015). Neste contexto, nos últimos anos, uma quantidade considerável de pesquisas bioenergéticas tem sido direcionada à caracterização da biomassa, ao pré- tratamento, à conversão termoquímica e bioquímica e à revalorização de biocombustíveis. Isso porque a produção de biocombustíveis de segunda geração (2G) a partir de biomassa lignocelulósica abundante pode prover uma energia sustentável sem comprometer a segurança alimentar (GNANSOUNOU et a.,2015; NANDA et. al, 2015). O Brasil, por ser um dos principais produtores de cerveja, gera como principal subproduto dessa indústria, o bagaço de malte, que é geralmente destinado para ração animal. Entretanto, esta biomassa também pode ser reaproveitada como matéria-prima para produção de bioetanol de segunda geração (2G) (CERVIERI et. al, 2014). Uma necessidade do material lignocelulósico é o rompimento da sua estrutura complexa, permitindo acessibilidade enzimática e microbiana para as etapas de hidrólise e fermentação. O pré-tratamento alcalino é caracterizado por digerir a lignina da biomassa e tornar a celulose acessível para a hidrólise (LI et al., 2013; TOQUERO E BOLADO, 2013). Desta forma, o presente estudo tem como objetivos caracterizar o bagaço de malte in natura e pré-tratado com hidróxido de sódio e avaliar o teor de deslignificação ocorrida durante o processo do pré-tratamento.

MATERIAL E MÉTODOS: 1. BAGAÇO DE MALTE O bagaço de malte foi cedido pela cervejaria Imperial, situada em Goiânia. 2. CARACTERIZAÇÃO Amostras de 0,3 g de bagaço de malte moído (in natura e pré-tratado) foram transferidas para tubos de pressão para serem tratadas com 3 mL de H2SO4 72%, sob vigorosa agitação com um bastão de vidro a cada 10 minutos, em um banho termostatizado a 30,0 ± 0,5 °C durante 60 min. A reação foi interrompida com a adição de 84 mL de água Milli-Q. Os tubos foram fechados e autoclavados por 60 min. a uma pressão de 1,00 bar, a 121 °C. Após a descompressão da autoclave, os tubos foram retirados da mesma, resfriados à temperatura ambiente, sendo a mistura reacional filtrada com o auxílio de cadinhos previamente tarados e transferida para um erlenmeyer de 250 mL. O hidrolisado foi submetido ao HPLC para análise de carboidratos. O material insolúvel retido nos cadinhos foi lavado com aproximadamente 50 mL de água Milli-Q, para remoção de ácido residual, e seco em estufa à temperatura de 105 °C até massa constante. Para determinação do teor de cinzas totais, os cadinhos foram levados à mufla, respeitando a rampa de aquecimento adequada para determinação de lignina, retirados, levados para dessecador até alcançar temperatura constante e então pesados. A porcentagem de lignina insolúvel em meio ácido foi calculada descontando-se a massa de cinzas presente na lignina. A quantidade de lignina solúvel foi determinada pela medida de absorbância a 240 nm em espectrofotômetro. 3. PRÉ-TRATAMENTO ALCALINO O bagaço in natura seco foi pré-tratado com concentrações de solução de hidróxido de sódio (4,6 e 8%) em autoclave a 121°C e 1 atm, sob diferentes tempos de reação (30, 60 e 90 min), seguindo um planejamento fatorial de 2^3 e três repetições no ponto central.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os compostos presentes no bagaço de malte em maior quantidade foram a lignina e celulose. Dessa forma, é interessante a escolha de um pré- tratamento que remova de forma eficiente grande parte desta lignina. O pré- tratamento alcalino promove intensa deslignificação da biomassa, expondo as fibras de celulose e tornando estas mais acessíveis ao ataque das enzimas. (HAHN-HÄGERDAL et al, 2006; PANDEY et al, 2000; NASCIMENTO, 2011). A Tabela 1 representa os teores de lignina e celulose obtidos com o bagaço in natura e após os pré-tratamentos alcalinos; e as respectivas porcentagens de deslignificação e aumento de celulose. Pode-se notar, de acordo com a Figura 1 (a), que a maior taxa de deslignificação ocorreu no pré-tratamento utilizando 8% de NaOH durante 90 min, como o esperado, atingindo um valor de aproximadamente 60%. A solubilização dos componentes da biomassa é maior, quão maior for a severidade do processo. Logo, era esperado que com o aumento da quantidade de NaOH utilizada resultaria em uma celulignina com menor teor de lignina e conseqüentemente um maior teor de celulose. Em contra-partida, o aumento da concentração de celulose ocorreu de maneira mais efetiva nos pré-tratamentos com 6% de NaOH durante 60 minutos, como mostra a Figura 1 (b), na qual confirma que a região onde teve maior aumento de celulose foi a do ponto central, ao invés do pré-tratamento com 8% e 90 min. Estes resultados corroboram o estudo feito por Nascimento (2011), no qual uma condição mais branda de pré-tratamento (1% NaOH 15 min) resultou em um maior aumento de concentração de celulose. Assim, a faixa entre 6-8%, no caso do bagaço de malte, é a mais eficiente para obter maior rendimento numa futura etapa de hidrólise enzimática.

Tabela 1

Concentração de NaOH (%), tempo de pré- tratamento, teor de lignina (%), teor de deslignificação (%), teor de celulose(%) e aumento de celulose (%).

Figura 1

Gráficos do (a) teor de deslignificação e (b) aumento de celulose em relação ao tempo e concentração de NaOH.

CONCLUSÕES: O bagaço de malte apresentou elevados teores de lignina, o que induziu a escolha do pré-tratamento alcalino para este tipo de material. O pré- tratamento com 8% de NaOH-90 min mostrou-se o mais eficiente na etapa de remoção de lignina, com quase 60% de deslignificação. E as mais elevadas concentrações de celulose, foram observadas com 6% de NaOH-60 min. Estes resultados indicam que a faixa de concentração de NaOH mais adequada para o pré-tratamento do bagaço de malte é entre 6 e 8%, visando maior rendimento na hidrólise enzimática para posterior fermentação e produção de etanol 2G.

AGRADECIMENTOS: À Deus e familiares. Agradeço à Fapeg, UFG e à Unidade da Embrapa Agroenergia pela disponibilidade dos laboratórios.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CERVIERI, O. J.; TEIXEIRA, J. R. J.; GALINARI, R.; RAWET, E. L.; DA SILVEIRA, C. T. J. O Setor de Bebidas no Brasil. Bebidas – BNDES Setorial, nº 40, 93-130, 2014.

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NASCIMENTO, V. M. Pré-tratamento alcalino (NaOH) do bagaço de cana-de-açúcar para a produção de etanol e obtenção de xilooligômeros. UFSCar, 1-136, 2011.

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LI, H., PU, Y.; KUMAR, R.; RAGAUSKAS, A. J.; WYMAN, C.E. Investigation of lignin deposition on cellulose during hydrothermal pretreatment, its effect on cellulose hydrolysis, and underlying mechanisms. Biotechnology Bioengineering, nº 111, 485-492, 2014.


SLUITER, A.; HAMES, B.; RUIZ, R.; SCARLATA, C.; SLUITER, J.; TEMPLETON, D.; CROCKER, D. Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass. National Renewable, nº 510, 1-15, 2008.

TOQUERO, C.; BOLADO, S. Effect of four pretreatments on enzymatic hydrolysis and ethanol fermentation of wheat straw. Influence of inhibitors and washing. Bioresource Technology, nº 157, 68-276, 2014.