Tratamentos físico-químicos de bagaço de cana para produção de etanol por meio de hidrólise enzimática

Abstract

O material lignocelulósico do qual o bagaço é formado contém principalmente açúcares polimerizados na forma de celulose e hemiceluloses, e compostos fenólicos polimerizados na forma de lignina. Tais polímeros podem ser hidrolisados via química e/ou enzimática, dando origem a, entre outros compostos, açúcares fermentescíveis. O objetivo desse trabalho foi investigar alguns tratamentos físico-químicos aplicados ao bagaço de cana de açúcar que favoreçam o aumento da liberação de açúcares fermentescíveis por hidrólise enzimática, com a mínima produção possível de compostos inibidores da fermentação alcoólica. Diferentes condições de pré-tratamento foram testadas, como utilização de H2SO4 ou NaOH em diferentes concentrações, concomitantemente com a utilização de tratamentos combinados de ozônio, ultrassom e micro-ondas. Os resultados mostraram que tais processos promoveram certa desestruturação do complexo lignocelulósico da parede celular do bagaço, a qual foi relacionada com a concentração de compostos fenólicos e açúcares redutores. O bagaço pré-tratado foi então submetido à ação de enzimas celulolíticas e o teor de açúcares redutores totais formados foi analisado. As condições nas quais maiores quantidades destes açúcares foram liberados foram: H2SO4 0,1 M, irradiado por ultrassom durante 5 minutos (81,7 ± 0,2 mg de glicose por grama de bagaço) e H2SO4 0,1 M saturado com ozônio, irradiado por micro-ondas por 4 minutos (86,0 ± 0,2 mg de glicose por grama de bagaço), que representam um ganho significativo frente aos 6,8 ± 0,2 mg de glicose por grama de bagaço não tratado. As análises por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e por Espectrofotometria no Infravermelho (FTIR-ATR) possibilitaram comparar as modificações no sistema estrutural da parede...

The lignocellulosic material of which the sugarcane bagasse is made contains, mainly, polymerized sugars as cellulose and hemicelluloses and polymerized phenolic compounds as lignin. These polysaccharides can be hydrolyzated chemically or enzymatically, giving rise to, among other compounds, fermentable sugars. The aim of this work is to investigate some physicochemical treatments applied to the sugarcane bagasse that favors the release of the maximum amount of fermentable sugars by enzymatic hydrolysis, with a minimal production of alcoholic fermentation inhibitor compounds. Different pre-treatment conditions were tested as different concentrations of sulfuric acid or sodium hydroxide concomitantly with the combinated treatments of ozone, ultrasound and microwaves. Results showed that such processes promoted certain disruption of lignocellulosic complex of the bagasse cell wall, which was related to the concentration of phenolic compounds and reducing sugars. Then, the bagasse was subjected to the action of cellulolytic enzymes and the reducing sugars content was quantified. The conditions in what the maximum amount of these sugars were released were: H2SO4 0.1 M, irradiated by ultrasound for 5 minutes (81.7 ± 0,2 mg/g bagasse) and H2SO4 0.1 M irradiated by microwaves for 4 minutes (86.0 ± 0,2 mg/g bagasse), that represents a significative gain compared to untreated bagasse. Strucural analysis by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Fourier-Transform Infrared Spectrophotometry Atennuated Total Reflectance (FTIR-ATR) analysis allowed comparing the structural modifications in the wall after the pretreatments, indicating that ultrasound pretreatments were effective for hemicelluloses desestruturation and decrease in the cellulose crystallinity index while microwave pretreatments were... (Complete abstract click electronic access below)