Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Bioquímica e Biotecnologia
TÍTULO: PRODUÇÃO DE BIOETANOL A PARTIR DA HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR
AUTORES: Chagas, B. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Braz, C. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Vera, G. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Lopes, J. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Neto, J. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Martins, L. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Ferreira, R. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Nogueira, S. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Rodrigues, E. (UNIVERSIDADE DO PARÁ) ; Almeida, O. (UNIVERSIDADE DO PARÁ)
RESUMO: O aproveitamento de recursos renováveis representa uma importante atividade
econômica no cenário global, a exploração adequada de recursos naturais, como
fonte de energia e de insumos para a indústria é um dos principais fatores de
ascensão econômica de países em desenvolvimento. A utilização de enzimas em
processos fermentativos de resíduos celulósicos tem conquistado um lugar de
destaque neste contexto. O objetivo deste trabalho foi estudar a produção de
etanol a partir do bagaço de cana-de-açúcar, pré-tratado com solução de NaOH a
6% (m/v), a 70 e a 90 ºC (PAC70 e PAC90), seguido de hidrólise enzimática para a
conversão de celulose em glicose. Os rendimentos médios foram de 51,89% (PAC70)
e 90,85% (PAC90), hidrólise enzimática e de 76,19% (PAC70) e 85,35% (PAC90),
produção de etanol.
PALAVRAS CHAVES: bioetanol; cana-de-açúcar; hidrólise enzimática
INTRODUÇÃO: O Brasil é o segundo maior produtor mundial de etanol e açúcar, liderando o
mercado internacional, com exportação de 3,5 bilhões de litro de etanol,
equivalente à metade das exportações mundiais (LEVI, 2009), além de ser o maior
produtor mundial de cana-de-açúcar. O bagaço da cana-de-açúcar é um resíduo,
proveniente da extração do caldo da cana-de-açúcar após esmagamento nas moendas,
com alta concentração de carboidratos, disponível em grande quantidade e de
baixo custo. Com essas qualidades esse subproduto pode se confirmar como uma
fonte alternativa para aumentar a produção de etanol, sem aumentar a ocupação de
terras usadas na plantação da cana-de-açúcar. Segundo Santana e Teixeira (1993),
o bagaço in natura é composto, aproximadamente, por fibras lignocelulósicas
(44,5%), umidade (50%), sólidos solúveis em água (2,5%), cinzas (3%), lignina
total (23%), hemicelulose (23%) e celulose (38,6%). Para cada tonelada de cana-
de-açúcar processada são gerados cerca de 250 kg de bagaço, sendo este no
Brasil, considerado como o maior resíduo agroindustrial (SILVA et al., 2007). A
hidrólise enzimática para produção de etanol e para fermentação de materiais
lignocelulósicos vem sendo estudada desde o século XIX, atualmente esta
tecnologia tem sido empregada na produção de biocombustíveis. O bagaço de cana-
de-açúcar após ser submetido a tratamento enzimático é teoricamente livre de
lignina, restando somente a celulose livre para ser quebrada em glicose para,
posteriormente, ser utilizada na produção de bioetanol (SANTOS, 2010). Este
trabalho teve como objetivo avaliar a utilização de enzimas comerciais Xylanase,
β-glucanase Xylanase e β-glucanase (Novozymes, Bagsvaerd, Denmark) no tratamento
de resíduos de bagaço de cana-de-açúcar por meio da hidrólise enzimática.
MATERIAL E MÉTODOS: A preparação do bagaço de cana-de-açúcar (BCA) consistiu de lavagem, secagem em
estufa (T = 50 ± 2 ºC), depois de seco, o material foi triturado em moinho de
facas. Os teores de umidade e cinzas foram determinados conforme o método da
AOAC (1984) e de lignina pelo método de Klason (GOMIDE e DEMUNER, 1986). O
processo de polpação foi realizado em um Erlenmeyer (3 L), contendo 150 g do BCA
seco e moído, seguido da adição de solução de NaOH (2 L) a 6% (m/v). Foram
preparadas duas polpas do bagaço nas mesmas condições, sendo que a primeira foi
submetida a aquecimento em estufa a 70 ºC (PAC70) e a segunda a 90 ºC (PAC90),
durante 5 dias. Para a hidrólise enzimática foram usadas enzimas comerciais
cedidas pela Novozymes (Denmark). A relação substrato:complexo enzimático foi de
1:0,26 em massa para cada condição (PAC70 e PAC90). Nas reações de hidrólises
enzimáticas foram utilizados 10 g de bagaços pré-tratados contidos em
Erlenmeyer, capacidade, 500 mL, com água destilada (200 mL). O pH foi ajustado
para 4,8, em seguida, foi adicionado a mistura do complexo enzimático (Xylanase
(0,6 g), β-glucanase Xylanase (0,3 g) e β-glucanase (1,7g). A incubação foi
realizada em estufa microbiológica a 50 ± 3 °C com agitação periódica. A
construção da curva padrão de glicose foi realizada em um espectrofotômetro
digital a 540 nm. A concentração de açúcares redutores foi determinada pelo
método do DNS (MILLES, 1959). Para a fermentação alcóolica foram transferidos
150 mL do caldo enzimático para Erlenmeyers de 500 mL, o pH foi ajustado para 4
com H2SO4 1:1, em seguida foram adicionados 2 g de fermento comercial seco
(Saccharomyces cerevisiae). A mistura foi submetida a incubação em estufa
biológica (T= 30 ± 2 °C), durante 24 h. O etanol produzido foi obtido por
destilação simples.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O teor de umidade e rendimento do bagaço em base seca foram 88,37 e 11,63%. Os
altos teores de lignina no bagaço de cana sem pré-tratamento (SPAC) (20,08 ±
0,006%) e do resíduo pré-tratado PAC70 (13,03 ± 0,009%), mostraram-se menos
susceptíveis ao pré-tratamento, e consequentemente, baixa conversão por vias
fermentativas. Os teores de cinzas para o bagaço de cana-de-açúcar sem pré-
tratamento (SPAC) e nos resíduos obtidos após a polpação alcalina (PAC70 e
PAC90) (Figura 1), foram de 2,05 ± 0,027, 0,62 ± 0,013% e 0,48 ± 0,007,
respectivamente. Comparativamente ao bagaço de cana, os baixos teores de cinzas
presentes nos resíduos (PAC70 e PAC90) favorecem o potencial energético no
processo de fermentação, e não acarreta aumento na capacidade tamponante da
matéria-prima, levando a uma neutralização parcial dos catalisadores ácidos
responsáveis pela hidrólise parcial dos polissacarídeos constituintes da
biomassa. A determinação do tempo ideal do processo fermentativo para os
resíduos do bagaço de cana de açúcar pré-tratados (PAC70 e PAC90) foi realizado
mediante a avaliação da atividade enzimática. Os resultados foram de 54,90
(PAC70) e 63,44 U.mL-1 (PAC90) em 120 h. Possivelmente, o maior teor de lignina
na amostra PAC70 tenha influenciado negativamente na atividade enzimática. Os
teores médios de ART’s (Figura 2) para os resíduos pré-tratados (PAC70 e PAC90)
no final do processo de hidrólise enzimática, foram de 51,89 e 90,85%,
respectivamente. Os rendimentos médios em equivalentes de etanol para os
hidrolisados foram 76,19% (PAC70) e 85,35% (PAC90). Os resultados sugerem que a
temperatura de incubação influenciou no processo de hidrólise da celulose à
glicose.
Figura 1
Teor de cinzas e lignina do bagaço de cana-de-
açúcar.
Figura 2
Variação dos ART para os resíduos PAC70 e PAC90.
CONCLUSÕES: O pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar com solução de hidróxido de sódio a 6
% (m/v) a 70 e 90 ºC produziu substratos insolúveis com diferentes teores de
lignina de 13,03 ± 0,009% (PAC1) e 6,05 ± 0,002% (PAC2), sendo este último o
melhor resultado. No processo de hidrólise enzimática para converter a celulose em
glicose, o melhor resultado foi de 90,85% para o resíduo pré-tratado PAC2. No
processo de fermentação alcóolica utilizando os hidrolisados dos resíduos do
bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado, o melhor rendimento foi de 85,35% (PAC2).
AGRADECIMENTOS: A Novozymes (Bagsvaerd, Denmark) pelo fornecimento das enzimas comerciais
empregadas neste trabalho.
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