Caracterização de bagaço de cana-de-açúcar

As composições do bagaço in natura e pré-tratado foram determinadas de acordo com metodologia descrita por Gouveia et al. (2009) e Rocha et al. (2011). A Figura 3.2 ilustra as etapas do processo de caracterização química, as quais serão descritas com detalhes nos itens 3.2.2.1 a 3.2.2.8.

Figura 3.2 - Procedimento de análise empregado para a caracterização

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3.2.2.1 Determinação do peso seco de bagaço de cana-de-açúcar

Para a determinação do peso seco, utilizou-se a metodologia do peso constante. Uma massa de 2 g de bagaço foi levada à estufa, à temperatura de 105 ºC, e pesada em intervalos regulares de tempo, até peso constante. Antes de cada pesagem, o material foi resfriado em dessecador. O peso seco foi calculado em relação à massa inicial do material (SLUITER et al., 2005).

3.2.2.2 Análise de extrativos

Após moagem e peneiramento em tela de 0,841 mm (20 mesh), a extração do bagaço de cana in natura foi realizada em um aparelho de Soxhlet (Figura 3.3), utilizando- se como solvente extrator etanol 95%, por um período de 8 horas. Ao final do processo, o material foi seco em estufa, a 105 ºC, até peso constante. O percentual de extrativos foi calculado por diferença de massa (SLUITER et al., 2005).

Figura 3.3 - Esquema de extração com aparelho Soxhlet.

3.2.2.3 Hidrólise de bagaço com H2SO4 72%

Amostras de 2 g de bagaço (base seca), in natura, livre de extrativos e os obtidos através da etapa de pré-tratamento (Tabela 3.2) foram transferidas para um béquer de 100 mL e tratadas com 12 mL de H2SO4 72% (v/v), sob agitação durante 8 minutos, a uma temperatura de 45 ºC em banho termostático. Após 8 minutos, a reação foi interrompida pela adição de 50 mL de água destilada. As amostras foram transferidas para frascos de Erlenmeyer de 500 mL. Como o objetivo de diluir o ácido, adicionou-se água destilada, até

um volume final de 275 mL. Os frascos de Erlenmeyer foram selados com papel alumínio e levados a autoclave durante 30 minutos a 121 ºC (1,05 atm), para a completa hidrólise dos oligossacarídeos não hidrolisados. Após a despressurização da autoclave, os frascos contendo os hidrolisados foram retirados e resfriados até a temperatura ambiente (aproximadamente 25 ºC).

O material hidrolisado retirado da autoclave foi filtrado utilizando-se papel de filtro quantitativo, previamente seco e pesado. O hidrolisado foi recolhido em balão volumétrico de 500 mL e o sólido (lignina insolúvel mais cinzas da lignina), contido no papel de filtro, foi lavado com porções de 50 mL de água destilada até completar o volume do balão.

Após a separação do hidrolisado, o sólido retido no papel de filtro, foi lavado com 1500 mL de água destilada para a remoção de ânions sulfato o qual foi utilizado para a quantificação de lignina insolúvel e cinzas (GOUVEIA et al., 2009; ROCHA et al., 2011).

3.2.2.4 Determinação do teor de lignina solúvel

Para a determinação da lignina solúvel, uma alíquota de 5 mL do hidrolisado obtido (Item 3.2.2.3) foi transferida para um balão volumétrico de 100 mL e o pH da solução foi ajustado para 12,0, com uma solução de NaOH 6M, completando-se o volume com água destilada, correspondendo, assim, a uma diluição de 1:20. Realizou-se a leitura de absorbância do hidrolisado em espectrofotômetro (Hewlett-Packard, modelo 8453), a 280 nm (ROCHA et al., 2011), empregando-se água como branco. A concentração da lignina foi determinada através de uma curva padrão obtida de lignina isolada a partir do bagaço de cana.

3.2.2.5 Determinação de lignina insolúvel em meio ácido

O material insolúvel retido no papel de filtro, proveniente da etapa de hidrólise ácida (Item 3.2.2.3), após lavagem com 1500 mL de água destilada, foi seco em estufa à 105 ºC até massa constante. A percentagem de lignina insolúvel em meio ácido foi calculada em relação à massa de material lignocelulósico seco, descontando-se a massa de cinzas presente na lignina (GOUVEIA et al., 2009; ROCHA et al., 2011).

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3.2.2.6 Determinação do teor de cinzas da lignina

Os materiais resultantes da etapa de determinação de lignina insolúvel foram transferidos quantitativamente para cadinhos de porcelana, previamente secos e pesados. Posteriormente, as amostras foram calcinadas a 300 ºC por aproximadamente 1 hora e, então, a 800 ºC por 2 horas. Ao final do processo, os cadinhos, contendo as cinzas, foram resfriados em dessecador e a massa de cinzas, presente na lignina insolúvel, foi quantificada em balança analítica (GOUVEIA et al., 2009; ROCHA et al., 2011).

A massa obtida foi utilizada para a subtração a partir do resíduo sólido total, obtido após a etapa de filtração (Item 3.2.2.3), obtendo-se assim, o teor de lignina insolúvel conforme descrito no item 3.2.2.5.

3.2.2.7 Determinação do teor de cinzas totais

Para determinação do teor de cinzas totais (em triplicata), foram pesados aproximadamente 2 g de bagaço (base seca) em cadinhos de porcelana previamente secos e tarados. Estes materiais foram inicialmente calcinados a 300 ºC por aproximadamente 1 hora e, então, a 800 ºC por 2 horas. Após a calcinação, os cadinhos foram resfriados em dessecador e a massa de cinzas determinada em balança analítica (GOUVEIA et al., 2009; ROCHA et al., 2011).

3.2.2.8 Quantificação de açúcares, ácidos orgânicos e produtos de degradação

A identificação e quantificação dos compostos presentes no hidrolisado, obtido a partir da hidrólise com H2SO4 72% (Item 3.2.2.3), foi realizada em cromatógrafo líquido de alta eficiência (Agilent 1100), coluna HPX87H (BIO-RAD), temperatura de 60 ºC, fase móvel: H2SO4 5 mM e fluxo de 0,6 mL/min (SLUITER et al., 2006). A identificação e quantificação dos componentes (celobiose, glicose, xilose, arabinose, ácido fórmico, ácido acético, hidroximetilfurfural e furfural) foram realizadas tendo-se como base uma curva de padrão.

Para a determinação da quantidade final dos polissacarídeos celulose e hemicelulose, realizou-se uma correção através dos fatores de conversão de cada um dos compostos identificados e quantificados (Tabela 3.3).

Tabela 3.3 - Fatores de conversão dos

componentes precursores de celulose (C) e hemicelulose (H) (ROCHA, 2000; SLUITER et al., 2008).

Componente Fator de Conversão

Celobiose (C) 0,95 Glicose (C) 0,90 Manose (H) 0,90 Galactose (H) 0,90 Xilose (H) 0,88 Arabinose (H) 0,88 Ácido Acético (H) 0,72 Furfural*(H) 1,37 Hidroximetilfurfural**(C) 1,29 Ácido Fórmico *** 3,09

* _{produto de degradação de pentoses} ** _{produto da degradação de hexoses} *** _{degradação do hidroximetilfurfural}

3.2.2.9 Análise química da fração solúvel obtida no pré-tratamento (hidrolisado)

A identificação e quantificação dos compostos presentes nos hidrolisados ácidos hidrotérmicos foi realizada em cromatógrafo líquido de alta eficiência (Agilent 1100), nas mesmas condições descritas no item 3.2.2.8. Para a determinação da lignina solúvel foi empregado o método descrito no item 3.2.2.4.

Realizou-se também, uma etapa de pós-hidrólise, empregando-se H2SO4 4%, a 121 ºC (1,05 atm), em autoclave, durante 1 hora, para a identificação de oligossacarídeos que não se apresentavam na forma livre (ÖHGREN et al., 2007).