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Evaluation of lime and hydrothermal pretreatments for efficient enzymatic hydrolysis of raw sugarcane bagasse

Processo: 15/24094-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Publicações científicas - Artigo
Vigência: 01 de janeiro de 2016 - 30 de junho de 2016
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Bioquímica - Bioquímica de Microorganismos
Pesquisador responsável:Sandra Regina Pombeiro Sponchiado
Beneficiário:Sandra Regina Pombeiro Sponchiado
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
Assunto(s):Composição química  Difração por raios X  Bagaço de cana-de-açúcar 

Resumo

INTRODUÇÃO: Produção de etanol a partir do bagaço de cana-de-açúcar requer uma etapa de pré-tratamento para romper o complexo celulose-hemicelulose-lignina e aumentar a digestibilidade da biomassa, possibilitando a obtenção de altos rendimentos dos açucares fermentescíveis para a subsequente fermentação. Os pré-tratamentos alcalino e hidrotérmico têm emergido como métodos eficientes na preparação da biomassa lignocelulósica para bioconversão. Esses pré-tratamentos são vantajosos porque eles podem ser realizados sob condições suaves de temperatura e pressão, resultando em menor degradação dos açúcares comparado com outros pré-tratamentos, e também são custo-efetivo e ambientalmente sustentáveis. Neste estudo, nós avaliamos o efeito desses pré-tratamentos na eficiência da hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açucar "in natura", obtido diretamente da usina sem triagem granulométrica anterior. Também foi analisado as modificações estruturais e de composição desse bagaço após os pré-tratamentos alcalino e hidrotérmico.RESULTADOS: A maior taxa de hidrólise da celulose (70% de digestão) foi obtida para o bagaço submetido ao pré-tratamento alcalino [0.1g Ca(OH)2/g bagaço] por 60 min a 120ºC comparado ao bagaço submetido ao pré-tratamento hidrotérmico (21% de digestão) nas mesmas condições de tempo e temperatura. As análises da composição química do bagaço mostraram que o pré-tratamento alcalino promoveu uma maior solubilização da lignina (30%) e hemicelulose (5%) juntamente com um acúmulo de celulose (11%). As micrografias eletrônicas da estrutura do bagaço pré-tratado revelaram que o pré-tratamento alcalino causou danos às fibras do bagaço, incluindo ruptura da parede celular, expondo as áreas ricas em celulose para a ação enzimática.CONCLUSÃO: Com esse estudo nós mostramos que o pré-tratamento alcalino é muito eficiente para melhorar a digestibilidade do bagaço de cana-de-açucar "in natura", mesmo usando baixa carga de hidróxido de cálcio e um curto período de pré-tratamento. Também foi demonstrado que esse pré-tratamento causou alterações na estrutura e composição do bagaço, as quais tiveram um efeito pronunciado na acessibilidade das enzimas ao substrato, resultando em um aumento da taxa de hidrólise da celulose. Portanto, esses resultados indicam que o uso do bagaço de cana-de-açucar "in natura" (sem triagem granulométrica anterior) pré-tratado com hidróxido de cálcio (reagente mais barato e ecologicamente correto) pode representar uma redução de custo na produção de etanol celulósico. (AU)