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

• Processo: 15/24094-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Publicações científicas - Artigo
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2016
• Data de Término da vigência: 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
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Chemical composition | Enzymatic hydrolysis | Hydrothermal pretreatment | Lime pretreatment | Sugarcane bagasse | x-ray diffraction | Pré-tratamento da biomassa para bioconversão

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)