Estudo do ultrassom de potência no pré-tratamento do material lignocelulósico de resíduos da bananeira

Abstract

The hydrolysis of lignocellulosic material by non-thermal process as the high-intensity ultrasound provides a non-polluting method and the opportunity to increase the production of total and reducing sugars in the pretreatment process, for further use by biological or chemical agents. However, the major disadvantages of these methodologies are the little documentation about the application in the ethanol industry and the difficulty to study the action mechanism in the material. Thus, the aim of this work was to study of power ultrasound effects on the pretreatment of lignocellulosic material of banana waste (flower stalk). First, a chemical composition of dried flower stalk was determined by official methods. Experimental analyses were realized to determine the specific heat capacity (c p, kJ/kg oC) and the density (ρ, kg/m3) of the acidified aqueous solutions of flower-stalk powder, by differential scanning calorimetric (DSC) and pycnometry methods, respectively. First order models as a function of pH, temperature and biomass concentration were obtained for the properties specific heat capacity and density, using the stepwise regression method. Once obtained the models for the c p and ρ, a determination of the acoustic fields in the aqueous solutions of flower-stalk powder by the calorimetric method was carried out, being found an indirect relationship between the power transferred and acoustic intensities in the system with the biomass concentration. Moreover, an experimental design was carried out to determine the effects of the factors: biomass concentration (x, g/mL) nominal power ultrasound (U, W), pH and time (t, min) under the responses: total sugars yield (S T, mg/g) and reducing sugars yield (S R, mg/g). For this, an ultrasonic processor with frequency of 24 kHz and nominal power of 1500 W was employed. Experimental results showed that the factors biomass concentration and nominal ...

A hidrólise do material lignocelulósico por processos não térmicos como o ultrassom de potência, oferece uma alternativa não poluente e uma oportunidade de aumentar a produção de açúcares redutores e totais na etapa de pré-tratamento, para posterior aplicação de agentes biológicos ou químicos. No entanto, as principais desvantagens desse processo são os poucos estudos documentados na literatura sobre sua aplicação na indústria de etanol e a dificuldade de estudar seu mecanismo de ação no material. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi estudar a aplicação do ultrassom de potência no pré-tratamento do material lignocelulósico de resíduos da bananeira (pedúnculo). Primeiramente, a composição química do pedúnculo seco foi determinada através dos métodos oficiais. Análises experimentais foram realizadas para determinar o calor específico (c p, kJ/kg oC) e a densidade (ρ, kg/m3) de soluções aquosas acidificadas de pedúnculo em pó, através de calorimetria diferencial analítica (DSC) e picnometria, respectivamente. Modelos de primeira ordem em função do pH, temperatura e concentração de biomassa foram obtidos para o calor específico e a densidade, através do método stepwise regression. Uma vez obtidos os modelos para c p e ρ, foi possível calcular os campos acústicos nas soluções aquosas de pedúnculo em pó empregando o método calorimétrico, encontrando-se uma relação inversamente proporcional entre a potência acústica e intensidade acústica transmitida ao sistema com a concentração de biomassa. Além disso, foi realizado um planejamento experimental para determinar o efeito dos fatores: concentração de biomassa (x, g/mL), potência nominal de ultrassom (U, W), pH e tempo (t, min) sobre as respostas: produção de açúcares totais (S T, mg/g) e açúcares redutores (S R, mg/g). Para isto, foi usado um processador ultrassônico que o opera a uma frequência de 24 kHz e...