ÁREA: Bioquímica e Biotecnologia
TÍTULO: Avaliação do efeito sinérgico de métodos químicos e físicos de pré-tratamento do bagaço de cana de açúcar para produção de etanol celulósico.
AUTORES: Grimaldi, M.P. (UNESP "INSTITUTO DE QUÍMICA") ; Sponchiado, S.R.P. (UNESP "INSTITUTO DE QUÍMICA")
RESUMO: Para que a produção de etanol celulósico seja economicamente viável é necessário
um pré-tratamento da biomassa para desorganizar a estrutura recalcitrante do
material. Neste sentido, o principal objetivo deste projeto é avaliar os métodos
de pré-tratamentos alcalino e hidrotérmico no bagaço “in natura” e “explodido”.
A eficiência dos métodos testados foi avaliada por análises dos carboidratos
presentes na fração sólida resultante do pré-tratamento do bagaço e pelo
processo de sacarificação, utilizando enzimas comerciais. A maior taxa de
sacarificação (76%) e o maior rendimento final (0,43) foram obtidos com o pré-
tratamento alcalino no tempo de 60’ para o bagaço “explodido”. Estes resultados
indicam que há um efeito sinérgico entre os pré-tratamento químico (alcalino) e
físico (explosão a vapor).
PALAVRAS CHAVES: bagaço de cana de açúcar; pré-tratamento; sacarificação
INTRODUÇÃO: O desafio do pré-tratamento de materiais lignocelulósicos é encontrar uma
estratégia adequada para remover a hemicelulose e a lignina, aumentar a área
superficial, diminuir o grau de polimerização e a cristalinidade da celulose,
com a menor degradação possível da celulose, a fim de obter altas taxas de
rendimento de açúcares fermentescíveis e que também apresente um baixo custo e
redução de resíduos gerados para a comercialização da tecnologia de produção de
etanol de segunda geração. Neste contexto, o objetivo principal desse trabalho é
avaliar diferentes condições de pré-tratamentos hidrotérmico e alcalino no
bagaço de cana de açúcar “in natura” e “explodido”, visando tornar o material
mais acessível às enzimas celulolíticas para conversão da celulose em açúcares
fermentescíveis. Para atingir este objetivo foram realizados: 1) Os pré-
tratamentos alcalino (Ca(OH)2) e hidrotérmico (H2O) no bagaço de cana de açúcar
“in natura” e “explodido” nos tempos de 7’ e 60’. 2) Análise da composição
química do material pré-tratado em relação à % de celulose, % de hemicelulose e
% de lignina, por técnicas espectrofotométricas e por HPLC. 4) A sacarificação
do bagaço, utilizando as enzimas comerciais (celulase e ß-glicosidase), para
avaliar a eficiência dos diferentes métodos de pré-tratamento.
MATERIAL E MÉTODOS: Foi utilizado o bagaço “in natura” cedido pela Usina São Martinho (Pradópolis),
e o bagaço “explodido” cedido pelo CTC (Centro de Tecnologia Canavieira).O
material não sofreu nenhum processo de lavagem. Para o pré-tratamento alcalino
foi utilizada 10 mL de água contendo 0,1g Ca(OH)2 por grama de bagaço e para o
pré-tratamento hidrotérmico utilizou-se somente água. Após 7 e 60 minutos a
120°C, o material foi filtrado e a fração sólida armazenada para posterior
análise de açúcares. Para avaliar a composição química do material pré-tratado
foram analisados os açúcares contidos na celulose (glicose) e hemicelulose
(xilose, arabinose) da fração sólida do BCA, pela técnica de HPLC. E também foi
avaliada a porcentagem de lignina total presente na fração sólida do BCA pré-
tratado por técnica espectrofotométrica. Para avaliar a eficiência dos pré-
tratamentos, o material sólido pré-tratado foi submetido à uma sacarificação com
baixa carga enzimática (15FPU/g), seguindo a metodologia descrita por Sluiter
(2008). Da mesma maneira foi realizada a sacarificação do bagaço “in natura” e
“explodido” sem pré-tratamento hidrotérmico ou alcalino. O rendimento total do
processo foi calculado levando em consideração o rendimento das duas etapas,
pré-tratamento e sacarificação.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: BCA “in natura”: Analisando os dados da tabela 1, verifica-se que o pré-
tratamento alcalino atingiu uma maior % de sacarificação que o hidrotérmico. O
tratamento alcalino a 60 minutos foi o que obteve a maior porcentagem de
sacarificação (44%) e o que mais solubilizou lignina (56%) e hemicelulose (19%).
No entanto quando se analisa o rendimento final (índice que se baseia no
rendimento das etapas de pré-tratamento e de sacarificação), verifica-se que o
tratamento alcalino à 7 minutos atingiu o maior valor (28%), devido a não
solubilização da celulose nesta condição comparado ao tempo de 60’ que
solubilizou 20% da celulose. Rabelo (2008) tratou o bagaço “in natura” a 70°C
por 12 horas com uma carga de 0,1g Ca(OH)2/g bagaço e obteve uma taxa de
sacarificação de 36%. Nesse trabalho foi obtida uma sacarificação de 44% para o
bagaço “in natura” pré-tratado com a mesma carga de Ca(OH)2 a 120°C por 1h. BCA
“explodido”: A tabela 2 mostra que o pré-tratamento alcalino, em ambos os
tempos, conseguiu uma maior solubilização dos componentes que o hidrotérmico.
Considerando a solubilização da lignina verifica-se que, embora o tratamento
alcalino a 7 minutos e o hidrotérmico a 60 minutos removeram a mesma quantidade
de lignina, a % de sacarificação foi maior (32%) para o tratamento alcalino a 7
minutos. Este resultado pode ser explicado pela maior solubilização da
hemicelulose (80%) nesta condição. Em relação ao rendimento final do processo,
somente o tratamento alcalino a 60 minutos atingiu maior valor (0,43).
Resultados semelhantes foram relatados por Santos e colaboradores (2010) que
obtiveram, após 24 horas de hidrólise, o dobro de glicose para bagaço de cana de
açúcar submetido à explosão a vapor e deslignificação (100°C por 1h com uma
carga de 0,1g de NaOH/g de bagaço), se comparado com o bagaço apenas tratado com
explosão a vapor.
Tabela 1
Tabela 2
CONCLUSÕES: O bagaço pré-tratado por explosão a vapor, atingiu maiores valores para o
rendimento final em todas as condições testadas. Esses resultados podem ser
explicados pelo fato do material “explodido” apresentar uma maior superfície de
contato e porosidade, facilitando a solubilização dos componentes. Verifica-se que
o tratamento alcalino à 60 minutos para o bagaço “explodido” atingiu os maiores
valores de porcentagem de sacarificação e de rendimento final (considerando o pré-
tratamento e sacarificação). Estes resultados indicam que há um efeito sinérgico
entre os pré-tratamento químico (alcalino) e físico (explosão a vapor) que promove
um aumento da hidrólise enzimática do bagaço.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: SANTOS J. R. A. et al.Comparação entre processos em SHF e em SSF de bagaço de cana-de-açúcar para a produção de etanol por Saccharomyces cerevisiae. Quim. Nova, Vol. 33, No. 4, 904-908, 2010. SENDELIUS, J. Steam pretreatment optmisation for sugarcane bagasse in bioethanol production ( Master in Science Thesis)- Department of chemical Engineering, Lund University, Sweden, 2005. SLUITER, A. et al. Enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass. Technical report NREL/TP-510-42629, 2008. RABELO, S. C. A comparison beteween lime and alkaline hydrogen peroxide pretreatment of sugarcane bagasse for ethanol production. Appl Biochem Biotechnol v.144, p.87–100, 2008.
