Alterações morfológicas dos substratos após os tratamentos com ácidos

As imagens de SEM foram utilizadas para discutir os efeitos dos tratamentos químicos na biomassa in natura, o que influencia na liberação de açúcares pela hidrólise enzimática (Figura 36 para folhas e Figura 37 para os colmos).

Conforme discutido sobre o efeito das extrações (item 4.6.1), o substrato não tratado (Figura 36a e Figura 37a) apresenta uma camada densa, majoritariamente composta por lignina e hemicelulose, que é sequencialmente removida com os tratamentos químicos16,157_{. As alterações morfológicas possuem,}

portanto, uma relação com a composição química: a etapa ácida, que remove principalmente hemicelulose, leva a uma maior exposição das fibras de celulose (Figura 36b e Figura 37b). No entanto, esse efeito é mais pronunciado nos tratamentos alcalinos, devido à remoção da lignina (Figura 36c-h e Figura 37c-h).

Além disso, como a lignina atua como uma espécie de cola entre as fibras de celulose, observa-se uma desfibrilação do substrato nos tratamentos sequenciais ácido-base (Figura 36c-d e Figura 37c-d), observando-se o destacamento de fibras micrométricas. Entretanto, esse efeito não é observado tão expressivamente nas amostras que não foram tratadas previamente com ácido diluído. Efeitos de tratamentos combinados em bagaço de cana-de-açúcar resultaram em efeitos similares, deixando as fibras de celulose mais expostas e disponíveis para a ação enzimática157_{. De fato, especialmente nas folhas, os tratamentos combinados}

Figura 36. Imagens de FESEM para as folhas: In natura (a); Ácido (b); Ácido-Base (20 min) (c); Ácido-base por 100 min (d); Somente básico por 20 min (e); Somente básico por 100 min (f); PLE e básico por 20 min (g); e PLE e básico por 100 min.

Figura 37. Imagens de FESEM para os colmos: In natura (a); Ácido (b); Ácido-Base (20 min) (c); Ácido-base por 100 min (d); Somente básico por 20 min (e); Somente básico por 100 min (f); PLE e básico por 20 min (g); e PLE e básico por 100 min.

Além da análise da superfície dos substratos, análises de micro-CT foram utilizados para avaliar a estrutura interna dos materiais (Figura 38, para as folhas e Figura 39, para os colmos). Comparando as partes da planta sem tratamento, nota- se que os colmos apresentam poros maiores do que as folhas. De modo geral, os tratamentos químicos criam poros na estrutura da biomassa, devido à extração dos componentes como hemicelulose e lignina. Esse fator, juntamente com a exposição das fibras de celulose, é importante para aumentar a digestibilidade enzimática da biomassa62,146_{. Nota-se para as folhas, que o material in natura apresenta uma}

estrutura mais compacta (fechada), que vai se abrindo com os tratamentos químicos. Para os colmos, nota-se que, devido aos vasos condutores da planta, não há uma “abertura” da amostra, e sim a criação de mais portos nas regiões densas do substrato in natura.

Figura 38. Imagens de micro-CT das folhas de capim elefante: In natura (a); Submetidas a tratamento ácido (b); tratamento sequencial ácido-base (c); e somente a tratamento básico (d).

Figura 39. Imagens de micro-CT dos colmos de capim elefante: In natura (a); Submetidas a tratamento ácido (b); tratamento sequencial ácido-base (c); e somente a tratamento básico (d).

4.6.5 Efeito da moagem em moinho de bolas

A Figura 40 apresenta a comparação entre a quantidade de açúcares liberados antes e após a moagem em moinho de bolas. O tratamento físico utilizado levou ao aumento na digestibilidade enzimática para quase todos os casos (exceto para as amostras LAB100M e SB100M). A amostra SB20M teve o maior aumento em relação à amostra sem moagem (cerca de 30%), no qual a liberação de açúcares passou de 644,5 ± 20,8 mg/g de biomassa para 849,2 ± 37,8 mg/g de biomassa. Para as folhas, o maior aumento se deu na amostra LB20M, com aumento de cerca de 20%. Esses aumentos, embora sejam relativamente pequenos, devem ser analisados do ponto de vista da eficiência dos pré-tratamentos na digestibilidade enzimática: os tratamentos utilizados já conduzem a melhorias de cerca de 600%, comparados às amostras in natura.

Figura 40. Quantidade de açúcares liberados por grama de substrato após a hidrólise enzimática das amostras submetidas ao tratamento com ácido e base diluídos e após moagem.

As imagens de SEM das amostras após a moagem (Figura 41) indicam a redução do tamanho das partículas ocasionado pelo processo físico. Além disso, não é possível identificar as fibras anteriormente presentes, indicando a maceração por meio da moagem. As partículas obtidas formam aglomerados, como é possível observar nas imagens com o aumento de 1000x, além de apresentarem a superfície mais compactada, também devido ao efeito da moagem.

4 mg aç c ar / g b ioma ss a

Figura 41. Imagens de FESEM das amostras moídas em moinho de bolas: folhas submetidas a tratamento sequencial ácido-base por 20 min (a e b); somente básico por 20 min (c e d); colmos submetidos a tratamento sequencial ácido-base por 20 min (e e f); e somente básico por 20 min (g e h).

A literatura aponta que não há uma relação muito clara entre a redução da cristalinidade e o aumento na liberação de açúcares redutores139_{. Logo, como o}

processo de redução da cristalinidade é acompanhado pela redução do tamanho da partícula, os aumentos ocasionados pela moagem podem também ter relação com a maior área superficial. A utilização da moagem como alternativa para a melhoria da liberação de açúcares deve ser estudada do ponto de vista econômico, em uma avaliação que conclua se a adição de uma etapa ao processo, que leva a um maior gasto de tempo e energia, é compensada pela liberação de açúcares. Caso a moagem não seja excessivamente dispendiosa energeticamente, estudos podem ser direcionados para a minimização de tempos e insumos químicos que sejam compensadas pela ação do moinho de bolas e levem à uma conversão máxima de carboidratos em açúcares fermentáveis.

Menegol e colaboradores103_{, ao estudarem o efeito de diferentes}

tamanhos de partícula na hidrólise enzimática de capim elefante, notaram uma relação entre o tamanho da partícula e a liberação de açúcares: partículas maiores liberaram menos açúcares que partículas menores. Esse mesmo efeito pode ocorrer no caso da moagem em moinho de bolas, uma vez que o material é pulverizado nesse processo, dificultando a diferenciação entre o efeito do tamanho da partícula e da redução da cristalinidade na liberação de açúcares.