Remoção de lignina e hemicelulose: influência na acessibilidade à celulose e sacarificação enzimática

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Shimizu, Felipe Lange [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Acessibilidade; Pré-tratamento ácido diluído; Pré-tratamento alcalino; Pré-tratamento oxidativo; Hidrólise enzimática; Vermelho congo; Accessibility; Diluted acid pretreatment; Alkaline pretreatment; Oxidative pretreatment; Enzymatic hydrolysis; Congo red
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/153394

A biomassa lignocelulósica, como a proveniente da cana-de-açúcar, é uma fonte abundante de resíduo que pode ser usado como matéria-prima na produção de energia. Para melhor aproveitar essa biomassa, moagem e pré-tratamentos podem ser usados para alterar a estrutura do material lignocelulósico, remover lignina e hemicelulose, expondo a celulose e assim aumentando sua acessibilidade. A acessibilidade à celulose tem sido indicada como uma das propriedades mais importantes para uma boa digestibilidade enzimática. Entretanto, as biomassas geradas da cana-de-açúcar possuem características físico-químicas diferentes, respondendo de modo diferente aos pré-tratamentos. Neste contexto, este estudo teve como objetivo verificar os efeitos da remoção de lignina e hemicelulose das biomassas da cana-de-açúcar (fração externa, entrenó, nó e folha) na acessibilidade à celulose. A cana-de-açúcar foi fracionada em fração externa, nó, entrenó e folha. Cada fração passou pelos pré-tratamentos ácido (5, 10, 20 %, m/m massa de ácido por massa de material, a 121°C/30 min), alcalino (5, 10, 20 e 30 % NaOH m/m) e oxidativo (0,5, 1, 2 e 3 horas com clorito de sódio 30 %). As amostras foram caracterizadas quanto ao seu conteúdo de celulose, hemicelulose e lignina. A determinação de acessibilidade foi realizada com corantes Direct, Orange (superfície específica externa), Direct Blue (superfície específica interna) e Vermelho Congo (superfície total). A hidrólise enzimática (15 FPU/g de material, Cellic Ctec 2 - Novozymes) foi realizada para avaliar o efeito dos pré-tratamentos e acessibilidade à celulose no rendimento em glicose. O efeito dos pré-tratamentos foi primeiramente analisado pela quantidade de massa recuperada. Todas as frações estudadas apresentaram uma tendência em perder massa com aumento da concentração de reagente utilizado no pré-tratamento. O pré-tratamento ácido resultou em menor recuperação de massa, o que ocorreu em função da solubilização de hemicelulose. A caracterização química apontou a remoção de hemicelulose e principalmente lignina dos materiais em função do pré-tratamento e das suas condições. A deslignificação com clorito de sódio (oxidativo) resultou em remoção de lignina, chegando a quase a sua totalidade em materiais como a folha. A determinação de acessibilidade com os corantes Vermelho Congo, Direct Blue e Direct Orange indicaram que o aumento da concentração de reagentes no pré-tratamento provoca aumento de acessibilidade à celulose. Entretanto, os corantes Direct Orange e Blue foram mais precisos na determinação da acessibilidade à celulose em comparação ao Vermelho Congo. A fração de menor recalcitrância, entrenó, apresentou adsorção de 525,9 mg/g no ensaio com Vermelho congo, o Direct Orange 1333,3 mg/g e o Direct Blue 746,3 mg/g. O rendimento em glicose na hidrólise enzimática seguiu a tendência de melhora com aumento da acessibilidade. Do mesmo modo, a remoção de lignina resultou em maior rendimento em glicose na hidrólise enzimática, o entrenó deslignificado resultou na quase completa conversão da celulose em glicose. Este estudo identificou a fração externa como mais recalcitrante, e entrenó como menos recalcitrante, resultando em menor rendimento e maior de glicose na hidrólise enzimática, respectivamente. A remoção de hemicelulose e lignina por meio de pré-tratamentos influenciou diretamente na acessibilidade à celulose, resultando em melhor ação das enzimas na hidrólise enzimática de todas as frações.