Destoxificação de hidrolisados de biomassa lignocelulósica por Processos Oxidativos Avançados

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Fernandes, Raianni Oliveira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Advanced Oxidative Processes; Biomassa lignocelulósica; Destoxificação; Detoxification; Etanol; Ethanol; Hidrolisados; Hydrolysates; Lignocellulosic biomass; Processos Oxidativos Avançados
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97139/tde-19072023-110146/

A biomassa lignocelulósica é uma das matérias-primas de maior importância para biorrefinarias devido a seu baixo custo, abundância e seu caráter renovável. Durante o processamento destas biomassas são obtidos hidrolisados ricos em açúcares fermentescíveis, nos quais, além dos açucares podem estar presentes compostos potencialmente inibidores do metabolismo microbiano. Uma estratégia para melhorar os processos de bioconversão microbiana dos açúcares presentes nos hidrolisados são os processos de destoxificação. Os Processos Oxidativos Avançados (POAs) apresentam potencial para aplicação na destoxificação de hidrolisados, porém, pesquisas sobre tal aplicação ainda são escassas. Desta forma o presente estudo avaliou o emprego de POAs para destoxificação de hidrolisados de materiais lignocelulósicos, comparando-o à métodos amplamente estudados, como uso de Carvão ativado e Overliming, e avaliando ainda novas estratégias de uso combinado (Overliming-POAs). Foram também avaliadas a aplicação de POAs na destoxificação de hidrolisados de diferentes biomassas vegetais (palha de arroz, bagaço de cana-de-açúcar e borra de café). Em todas as etapas dos estudos foram considerados os efeitos dos tratamentos sobre a redução do teor de compostos inibidores e sobre a bioconversão dos açúcares dos hidrolisados pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL-Y-7124, como modelo de processo de bioconversão. Na comparação dos diferentes métodos de destoxificação do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz empregando os métodos de POAs, Overliming, Carvão ativado e Combinação de Overliming-POAs, foram alcançadas reduções na concentração de compostos fenólicos de baixa massa molecular (94%, 84%, 44% e 97%, respectivamente), compostos fenólicos totais (40%, 31%, 24% e 58%, respectivamente) e furanos (71%, 63%, 90% e 70%, respectivamente). Os tratamentos por POAs e Carvão ativado foram os únicos que preservaram a concentração de açúcares no hidrolisado tratado, sendo o tratamento por POAs o que proporcionou maior recuperação volumétrica de hidrolisados tratado (cerca de 93%). No processo de bioconversão dos açúcares a etanol por S. stipitis, foram observadas melhoras no crescimento celular, consumo de açúcares e produção de etanol em decorrência do tratamento do hidrolisado por POAs, Overliming e pela combinação destes. Comparado ao acúmulo de etanol no cultivo em hidrolisado não tratado (3,8 g/L em 120 h), foram alcançadas concentrações quatro vezes maiores em hidrolisado tratado por POAs (21,6 g/L) e Overliming (18,7 g/L) e seis vezes maior para hidrolisado tratado com a combinação de Overliming-POAs (33,2 g/L). Na comparação econômica simplificada, o menor custo operacional por unidade volumétrica de etanol produzido foi estimado para o tratamento por POAs (USD 859,47/m3 ), sendo inferior ao estimado para o hidrolisado não tratado (USD 1.481,23/m3 ). O tratamento por POAs se mostrou eficaz na destoxificação de hidrolisados hemicelulósicos de diferentes biomassas, como palha de arroz, bagaço de cana-de-açúcar e borra de café. Verificou-se ainda que POAs foi capaz reduzir a concentração de compostos inibidores (entre 49% e 68% para de compostos fenólicos de baixa massa molecular e 11% e 62% para furanos), além de melhorar a etapa subsequente de bioconversão dos açúcares presentes nos hidrolisados tratados (com aumentos de 2 a 5 vezes na produção de etanol). Desta forma, este estudo demonstrou que o método de destoxificação por POAs podem ser aplicados com eficácia para a destoxificação de diferentes hidrolisados, sendo economicamente vantajoso frente a outros métodos de destoxificação.