CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Atualmente, tem-se estudado diversos tipos de pré- tratamentos para reduzir a recalcitrância
da biomassa lignocelulósica com intuito de aumentar sua digestibilidade química/enzimática,
para que esta possa ser utilizada na produção de etanol e/ou outros bioprodutos de valor
agregado. Neste estudo avaliou-se o efeito do pré-tratamento de explosão a vapor catalisada
por ácido cítrico e hidróxido de sódio, e do pré-tratamento de deslignificação alcalina nas
propriedades químicas e estruturais do bagaço de cana-de-açúcar (BCA), bem como sobre o
processo de hidrólise enzimática. O pré-tratamento de explosão a vapor foi realizado em
reator de 1,4L sob temperatura de 180 °C com tempo de retenção de 5 min. A etapa de
deslignificação com NaOH (2% m:m) foi realizada a 120 °C, sob refluxo de 4h. A
caracterização química e estrutural da biomassa in natura e pré-tratada foi realizada por FTIR,
MEV, DRX. A hidrólise enzimática foi realizada com volume final de 20 mL constituído de
3% de BCA (massa seca), tampão de citrato de sódio 50 mM (pH=5,0) e 10 FPU do
complexo enzimático Cellic® CTec 3. Os frascos foram mantidos sob agitação de 150 rpm a
50ºC por 72 h. Retirou-se alíquotas de 1,5 mL após 0, 12, 24, 36, 48 e 72h para determinação
de açúcares redutores totais (ART) pelo método do ácido 3,5-dinitrosalicílico (DNS). O
bagaço de cana-de-açúcar apresentou 24,22% de lignina, 27,61% de hemiceluloses e 42,77%
de celulose, no entanto após o pré-tratamento de explosão a vapor catalisado com ácido
cítrico, obteve-se uma biomassa com menor quantidade de hemiceluloses (16,16%) e com
formação de fissuras na parede celular da fibra. O bagaço pré-tratado por explosão a vapor
com NaOH apresentou completa desestruturação da fibra, remoção de 65% da lignina e
preservação da fração hemicelulósica. Depois de submeter à biomassa lignocelulósica sem
tratamento e pré-tratada por explosão a vapor ao processo de deslignificação alcalina
observou-se a completa desestruturação da matriz lignocelulósica e a solubilização de 85-90%
da lignina em todas as amostras. O índice de cristalinidade da biomassa após os prétratamentos
teve uma aumento quando comparado ao material in natura, podendo este ser
associado à remoção de componentes amorfos, como a lignina e hemiceluloses, e também da
fração amorfa da celulose. Frente ao percentual mássico de biomassa utilizada no processo de
hidrólise enzimática valor teórico correspondente a 100% de sacarificação equivale,
aproximadamente, a 33,0 g.L-1. Após a hidrólise enzimática (72h) da biomassa in natura e
pré-tratada por explosão a vapor obteve-se uma maior concentração de ART e um maior
percentual de sacarificação para o bagaço de cana obtido a partir da explosão a vapor com
NaOH (23,05 g.L-1, 69,15% de sacarificação). Já na hidrólise da biomassa in natura após
processo de deslignificação alcalina a concentração de ART aumentou em 18,33 g.L-1,
enquanto que para o bagaço pré-tratado por explosão a vapor com água, ácido cítrico e NaOH
seguido da deslignificação alcalina o aumento de ART, correspondeu a 19,67 g.L-1, 19,93
g.L-1 e 6,87 g.L-1. Diante da produção de ART após deslignificação notou-se que o percentual
de sacarificação para a biomassa sem tratamento elevou-se de 11,88% para 69,15%, enquanto
que para o bagaço após explosão a vapor e deslignificação este percentual ficou entre 82,05%
- 89,79%. Por fim, cabe ressaltar que no BCA previamente pré-tratado por explosão a vapor
com NaOH, a remoção de lignina após o segundo pré-tratamento teve um acréscimo de
apenas 20% e a concentração de ART de 6,87 g.L-1. Dessa forma, acredita-se que ao aumentar
a concentração da solução de NaOH para realizar a explosão a vapor poderia-se não necessitar
da realização da etapa de deslignificação. / Nowadays, there is various types of studied pre-treatments to reduce the lignocellulosic
biomass recalcitrance in order to increase its chemical / enzymatic digestibility, so that it can
be used in ethanol production and / or other bioproducts value. This study evaluated the effect
of steam explosion pretreatment catalyzed by citric acid and sodium hydroxide, and alkaline
delignification pretreatment over chemical and structural properties of sugarcane bagasse, as
well as the enzymatic hydrolysis process. Steam explosion pretreatment was conducted in a
1.4 L reactor at temperature of 180 °C and 5 min hold time. The delignification step with
NaOH (2% m:m) was performed at 120 °C under reflux for 4 hours. Chemical and structural
characterization of raw and pretreated biomass was performed by FTIR, SEM and XRD.
Enzymatic hydrolysis was performed with final volume of 20 mL consisting 3% SCB on dryweight
basis, sodium citrate buffer 50 mM (pH = 5.0) and 10 FPU of Cellic® Ctec 3 enzyme
complex. Flasks were kept under agitation of 150 rpm at 50 °C during 72 h. It was analyzed
1.5 mL aliquots after 0, 12, 24, 36, 48 and 72 hours to determinate total reducing sugars
(TRS) by acid 3,5-dinitrosalicílic method (DNS). Sugarcane bagasse showed 24.22% lignin,
27.61% hemicelluloses and 42.77% of cellulose, however after steam explosion pretreatment
catalyzed by citric acid, it was obtained a biomass with lesser hemicelluloses amount
(16.16%) and cracks formation on fiber cell wall were observed. The bagasse pretreated by
steam explosion by NaOH showed complete destructuring of fiber and lignin removal was
65%, while hemicellulosic fraction was preserved. After submitting untreated and pretreated
lignocellulosic biomass by steam explosion to alkaline delignification process, complete
destructuring and solubilization of the lignocellulosic matrix was observed with 85-90%
lignin removal in all samples. The crystallinity index of biomass after pretreatments increased
when compared to raw material and this could be associated to amorphous components
removal, such as lignin and hemicelluloses, and also the amorphous cellulose fraction. The
theoretical value corresponding to 100% of saccharification corresponds to approximately
33.0 g·L-1, compared to the mass percentage of biomass used in the enzymatic hydrolysis
process. After 72 h enzymatic hydrolysis of raw and pretreated biomass by steam explosion,
the highest concentration of total reducing sugars (TRS) and the highest percentage of
saccharification were obtained for sugarcane bagasse (23.05 g·L-1, 69,15% saccharification).
In in nature biomass hydrolysis, after alkaline delignification process, ART concentration
increased 18.33 g·L-1, while pretreated biomass by steam explosion with water, citric acid and
NaOH followed by alkaline delignification increase TRS to 19.67 g·L-1, 19.93 g·L-1 and 6.87
g·L-1. After delignification, it was noted that saccharification percentage for untreated
biomass increased from 11.88% to 69.15%, while for bagasse after steam explosion and
delignification this percentage was between 82.05% - 89.79%. Lastly, it should be noted that
in biomass previously pretreated by NaOH steam explosion, lignin solubilization after the
second pretreatment had an increase of only 20% and TRS concentration of 6.87 g·L-1. Thus,
it is believed that increasing NaOH solution concentration to perform steam explosion could
not need to implement delignification step. / Dissertação (Mestrado)
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/18193 |
| Date | 08 February 2017 |
| Creators | Silva, Thiago Alves Lopes |
| Contributors | Baffi, Milla Alves, Pasquini, Daniel, Gurgel, Leandro Vinicius Alves, Assunção, Rosana Maria Nascimento de |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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