Estudo da produção de etanol a partir das frações açucaradas da palha de arroz

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Ferreira, Isabela Silveira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Enzymatic hydrolysis; Etanol; Ethanol; Hidrólise enzimática; Palha de arroz; Pré-tratamento; Pretreatment; Rice straw
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97132/tde-27112019-193137/

Neste trabalho foi avaliada a produção de etanol a partir da palha de arroz por processo de sacarificação e fermentação em separado (SHF). Para isto, a biomassa foi processada em quatro etapas: 1) tratamento alcalino, para solubilização de grupos acetil (desacetilação) e parcial remoção de lignina e cinzas e; 2) tratamento ácido, para separação da hemicelulose; 3) hidrólise enzimática, para conversão da celulose em glicose 4) fermentação dos hidrolisados açucarados obtidos. O rendimento de cada etapa, assim como, a composição química das frações obtidas (sólido e líquido) foram determinadas. O tratamento ácido teve como objetivo estabelecer uma condição de tratamento para palha de arroz, previamente tratada com álcali, visando eficiente solubilização da hemicelulose, sem contudo, ocasionar grandes perdas no teor de celulose no sólido. O estudo de temperatura, concentração de ácido e tempo foi feito em reator de aço inox com capacidade de 0,5 L. O processo de hidrólise ácida nas condições otimizadas (85 mg de H2SO4/g biomassa, 10% de sólidos, 150 ºC por 10 min em reator 80 L) revelou uma elevada solubilização da hemicelulose (RHH = 94%) e a obtenção de um hidrolisado com menor carga de compostos inibidores. Nestas condições, a composição da celulignina foi de 58,2 de celulose, 19,4 de lignina e 5,9 de hemicelulose m/m. Em seguida, foi então avaliado o processo de sacarificação enzimática da celulignina com altos teores de sólidos (16; 20 e 24% m/v) empregando um reator do tipo Moinho de Bolas Verticais (MBV). Para estes ensaios foram utilizadas as seguintes condições: carga enzimática de 29,5 FPU por grama de celulose, 30 esferas de vidro, temperatura de 46 °C e agitação de 100 rpm. O rendimento de hidrólise enzimática (RHE) em batelada simples foi reduzido de 80 para 72%, com o aumento do teor de sólidos de 16 para 24% m/v. Porém, a condução do processo em batelada alimentada foi capaz de contornar os problemas de mistura causados pelo efeito dos sólidos, o que possibilitou atingir um valor de RHE de 78%, a partir de 24% m/v de substrato. O estudo da fermentabilidade do hidrolisado celulósico (HC) por Kluyveromyces marxianus revelou uma melhor performance do processo na ausência dos sólidos residuais, sendo ainda necessária sua suplementação nutricional. Neste hidrolisado, em reator MBV, a produção de etanol atingiu de 32 g/L a partir de 110 g/L de glicose, o que correspondeu a uma eficiência de 67% e produtividade volumétrica de 3,1 g/L.h. Já a fermentabilidade do hidrolisado hemicelulósico por Scheffersomyces stipitis não foi melhorada com suplementação nutricional e a produção de etanol alcançou 12 a partir de 50 g/L de xilose, o que correspondeu a uma eficiência de 45% e produtividade volumétrica de 0,2 g/L.h, utilizando frascos Erlenmeyer. Com estes resultados e a partir dos rendimentos obtidos em cada etapa do processamento da palha de arroz, foi desenvolvido um balanço de massa para produção global de etanol, foi possível obter 9 g de etanol a partir de 100 g de palha. Em função destes resultados, conclui-se que a palha de arroz é um subproduto agrícola com grande potencial para ser explorado como matéria-prima em biorrefinarias, especialmente para a produção de etanol sendo ainda necessários estudos com vistas a melhorias no processo enzimático e fermentativo.