3.3 Resultados e discussão
4.3.3 Composição físico-química da fração líquida dos materiais pré-tratados
4.3.3.3 Lignina recuperada no licor de pré-tratamento
A Tabela 4.16 apresenta a lignina recuperada no licor negro para os pré-tratamentos com Ox-B e PHA. A lignina foi recuperada por precipitação com ácido (Kim et al., 1987). A porcentagem de recuperação de lignina foi calculada em relação à quantidade de lignina originalmente no bagaço sem pré-tratar. Este cálculo foi feito porque embora a solubilização de lignina já tenha sido apresentada para os diferentes pré-tratamentos na Tabela 4.13, nem toda a lignina solubilizada pode ser recuperada.
Como o pré-tratamento com H2SO4 praticamente não remove a lignina, esta não foi
quantificada para o bagaço pré-tratado nestas condições.
Tabela 4.13. Lignina recuperada no pré-tratamento com Ox-B e PHA. Melhores condições de pré-tratamento definidas pela análise de composição estão marcadas em negrito para cada pré-tratamento.
Ox-B H2O2
S (%) T(ºC) LT (g/100g) RL (%) S (%) T (ºC) LT (g/100g) LR (%) 20 25 15,67±0,21a 67,28±0,11a 20 50 11,78±0,11a 50,58±0,05a 20 57,5 15,33±0,18a 65,82±0,15b 20 70 11,94±0,07b 51,27±0,04b 20 90 14,12±0,09b 60,63±0,06c 20 90 14,00±0,09c 60,11±0,06c 25 25 9,79±0,07c 42,04±0,05d 25 50 7,90±0,24d 33,92±0,14d 25 57,5 9,53±0,07d 40,92±0,08e 25 70 8,07±0,05e 34,65±0,06d 25 90 9,40±0,12d 40,36±0,09f 25 90 9,79±0,23f 42,04±0,11e 30 25 7,12±0,15e 30,57±0,11g 30 50 9,01±0,15g 38,69±0,07f 30 57,5 7,50±0,10f 32,20±0,09h 30 70 9,23±0,14h 39,63±0,07f 30 90 6,49±0,05g 27,87±0,04i 30 90 9,81±0,12f 42,12±0,06g Médias de três replicatas
Médias com letras diferentes em uma coluna diferem significativamente entre si no nivel p<0,05% na análise de Tukey.
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As maiores recuperações de lignina foram observadas nos ensaios utilizando o Ox- B. Entretanto, como já foi discutido anteriormente, o Ox-B foi o pré-tratamento que mais solubilizou a celulose, e gerou maiores teores de inibidores quando comparado com o pré- tratamento com PHA. Observa-se uma grande diferença na variável temperatura para estes dois tipos de pré-tratamento, enquanto que para o pré-tratamento com peróxido observa-se uma maior deslignificação em temperaturas mais elevadas e maior recuperação da lignina nestas condições, o mesmo não foi observado para o pré-tratamento com Ox-B, indicando que o aumento da temperatura influenciou negativamente a reação nas condições estudadas para este tipo de pré-tratamento.
Os maiores teores de lignina recuperados foram aqueles obtidos no ensaio a 20% de sólidos de ambos pré-tratamentos, porém nas condições de 25ºC de temperatura para o Ox- B e 90ºC para o peróxido. Embora observe-se na Tabela 4.16 uma variação não muito alta nos resultados a 20% de sólidos, estes foram diferentes pelo método de Tukey no nível de confiança de p<0,05%.
A recuperação da lignina é um fator importante para o processo de pré-tratamento. Segundo a literatura a lignina obtida do licor de polpação e também de pré-tratamentos que a removem das biomassas é rica em compostosfenólicos, que representa o efluente do processo. Estes compostos são considerados tóxicos, sendo e necessário um tratamento destes efluentes antes de serem descartados no meio ambiente. Para diminuir o impacto ambiental, as indústrias de polpa e papel costumam queimar a lignina presente no licor de polpação para geração de energia. No entanto, devido ao seu caráter aromático, a lignina pode ser separada por precipitação e utilizada como matéria-prima para obtenção de diversos produtos, tais como, fenóis, vanilina, agentes dispersantes, emulsificantes e quelantes, pesticidas, adesivos, aditivos para concreto, componentes de resinas, carvão vegetal, entre outros (Fengel e Wegener, 1989; Karam e Nicell, 1997; Gargulak e Lebo, 2000; Fernandes et al., 2006).
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4.4 Conclusões
O pré-tratamento com H2SO4 diluído mostrou ser eficiente para a solubilização das
hemiceluloses, porém para a lignina este reagente não se mostrou eficaz. O mesmo não ocorreu para os pré-tratamentos com PHA e Ox-B, que mostraram uma boa remoção da lignina na biomassa pré-tratada, porém não são tão eficazes para a remoção das hemiceluloses.
A composição da fração sólida demonstrou que os pré-tratamentos tornaram a biomassa mais rica em celulose, o que é desejável para as futuras reações de hidrólise enzimática. Todo o material ficou com pouco conteúdo de hemiceluloses e no caso dos pré- tratamentos deslignificantes (PHA e Ox-B) baixo teor de lignina.
Em relação à fração líquida, houve uma boa recuperação da xilose e arabinose no licor de pré-tratamento com H2SO4, e o pré-tratamento que produziu mais inibidores no
licor foi o Ox-B, sendo este, entre os pré-tratamentos estudados, o que mais degradou os componentes.
A lignina pode ser recuperada nos licores com PHA e Ox-B, atingindo valores de 60,11% para o primeiro e 67,28% para o segundo, demonstrando que os componentes obtidos no licor podem ser utilizados para outros fins. O aproveitamento da fração sólida e da liquída faz com que o processo seja mais viável para a indústria.
Neste estudo foi possível trabalhar com altas cargas de sólidos para todos os pré- tratamentos, embora aumentar este parâmetro tenha dificultado as reações, o que era esperado devido às dificuldades de mistura que surgem com o aumento da concentração de sólidos.
A influência da temperatura foi significativa para o tratamento com PHA, sendo o material com composição mais desejável obtido na maior temperatura estudada. Para o pré- tratamento Ox-B, embora a temperatura tenha influenciado muito pouco a composição do material (Figura 4.1), a menor temperatura considerada levou ao material com melhor composição e possibilitou a maior recuperação de lignina. O tempo de pré-tratamento estudado para o pré-tratamento com H2SO4 diluído se mostrou significativo, melhorando
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ser bem observado neste estudo.
Analisando a composição da fração sólida definimos as melhores condições para o pré-tratamento com H2SO4 diluído (1% (m/v), 121ºC) como 20% de sólidos e 150 min,
para o pré-tratamento com PHA (7% (v/v), 1 h, pH=11,5) como 20% de sólidos e 90ºC e para o pré-tratamento Ox-B (5% (v/v), 2 h) como 20% de sólidos e 25ºC. Analisando a composição da fração líquida (licor de pré-tratamento), as condições de pré-tratamento que levaram à melhor composição da fração sólida também foram as que possibilitaram as maiores recuperações de xilose/arabinose na forma monomérica.
Comparando a composição da fração sólida na melhor condição para os três pré- tratamentos, concluímos que o sólido com maior teor de celulose é o resultante do pré- tratamento com PHA. Considerando apenas este parâmetro, então, este seria o melhor pré- tratamento, seguido do pré-tratamento com Ox-B e finalmente do pré-tratamento com H2SO4 diluído. Este último pré-tratatamento, no entanto, é o que possibilita a maior
recuperação de xilose/arabinose no licor, o que é desejável se o aproveitamento das pentoses será feito separadamente da fermentação das hexoses. Outros parâmetros de comparação entre os pré-tratamentos, como a conversão e rendimento global na hidrólise enzimática e rendimento em etanol na fermentação serão avaliados nos próximos capítulos. Vale ressaltar que o presente trabalho teve como foco maior o estudo de pré-tratamentos em termos técnicos, mas não foi realizada nenhuma análise econômica.
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CAPÍTULO 5
ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE PRÉ-
TRATAMENTO COM ÁCIDO SULFÚRICO DILUÍDO,
PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO ALCALINO E SOLUÇÃO
HIPOCLORITO DE SÓDIO/PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO
(Ox-B) NA HIDRÓLISE ENZIMÁTICA
5.1 Introdução
A hidrólise enzimática da biomassa lignocelulósica é a etapa onde ocorre a transformação da biomassa pré-tratada em açúcares fermentescíveis, sendo que a biomassa deve estar pré-tratada para que a recalcitrância do material seja reduzida e as enzimas celulolíticas possam atuar de forma mais relevante, produzindo então altos rendimentos em açúcares.
No capítulo 4 as condições dos pré-tratamentos com H2SO4 diluído, PHA e Ox-B
foram variadas conforme um planejamento fatorial 32, foram avaliadas as composições do sólido e do licor obtidos após pré-tratamento e foram escolhidas as melhores condições de pré-tratamento com base nestas informações. No presente capítulo o mesmo planejamento será avaliado estatisticamente usando como resposta a concentração de glicose (em mg glicose/g bagaço bruto) liberada após hidrólise enzimática do material pré-tratado. O objetivo é avaliar quais as condições de pré-tratamento que levam à maior susceptibilidade à hidrólise enzimática.
5.2 Metodologia experimental
As biomassas obtidas dos pré-tratamentos estudados no Capítulo 4 foram submetidas a hidrólise enzimática, utilizando os complexos enzimáticos celulase de Trichoderma reesei (Sigma-Aldrich) e β-glicosidase de Aspergillus niger (Sigma-Aldrich).
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5.2.1 Hidrólise enzimática
A hidrólise enzimática do bagaço pré-tratado com H2SO4 foi realizada a 10% (m/v)
de sólidos em tampão de citrato de sódio a pH 4,8 a 50 mM complementado com 0,07% de azida sódica para cada g de bagaço. Foram utilizadas 15 FPU/g biomassa de celulase e 25 CBU/g biomassa de β-glicosidade no substrato da reação, que foi feita em Erlenmeyer de 250 mL vedados durante toda a reação. Os Erlenmeyers foram incubados a 50ºC sob agitação a 150 rpm em shaker. A liberação dos açúcares redutores e da glicose foi medida periodicamente para a determinação do perfil de hidrólise, nos tempos de 12, 24, 48 e 72 h e os açúcares foram quantificados por HPLC. Os resultados obtidos de concentração de glicose em glicose em mg/g de bagaço bruto em 72 h de hidrólise foram escolhidos como resposta para a realização do estudo do planejamento de experimentos 32 que serão explicados a seguir.