HIDRÓLISE ÁCIDA DE CAROÇO DE AÇAÍ UTILIZANDO ÁCIDO FOSFÓRICO PARA A PRODUÇÃO DE AÇÚCARES FERMENTESCÍVEIS

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Wanzeler, R.C. (UEPA) ; Aires, C.B. (UEPA) ; Gomes, M.S. (UEPA) ; Muribeca, A.J.B. (UFPA) ; Gomes, P.W.P. (UEPA) ; Gomes, P.W.P. (UFPA) ; Pereira, E.R.S. (UFPA) ; Machado, D.L. (UNICAMP) ; Silva, D.A. (UEPA) ; Martins, L.H.S. (UEPA)

Resumo

O esgotamento inevitável dos combustíveis fósseis, as preocupações com a segurança energética e o crescente problema das emissões de CO2 têm reforçado o interesse na busca por fontes alternativas de energia, neste contexto, o presente trabalho visou estudar a viabilidade do uso da biomassa de caroço de açaí para a produção de açúcares fermentescíveis com o uso de H3PO4 como agente de pré-tratamento variando a concentração de ácido e o tempo de residência. Os resultados de ART no licor de pré-tratamento demonstraram que este material viável para a produção de açúcares.

Palavras chaves

Pré-tratamento; Hidrólise ácida; Caroço de açaí

Introdução

O esgotamento inevitável dos combustíveis fósseis, as preocupações com a segurança energética e o crescente problema das emissões de CO2 têm reforçado o interesse na busca por fontes alternativas de energia, neste contexto, os materiais lignocelulósicos surgem com uma matéria-prima interessante para a produção de biocombustíveis de segunda geração pois não competem com o mercado alimentício, além disso, a biomassa lignocelulósica se enquadra como um recurso renovável abundante e tem atraído muita atenção para a produção do bioetanol celulósico (WANG et al., 2015). A biomassa lignocelulósica é composta basicamente por três frações poliméricas, a saber: celulose, hemiceluloses e lignina que contam aproximadamente 90% de todo o material. Tanto a celulose quanto as hemiceluloses podem ser clivadas por hidrólise ácida ou enzimática e, subsequentemente, fermentadas em etanol (RAMBO, 2013). Esta característica das biomassas confere a estes materiais um fenômeno chamado de recalcitrância o qual impede que os polissacarídeos sejam clivados, para isto, é necessária a etapa de pré-tratamento que solubilizam a fração hemicelulósica e a lignina deixando o material mais expostos para posterior hidrólise ácida ou enzimática. O H3PO4, a baixa concentração apresenta uma alta capacidade de solubilizar a fração de hemiceluloses. Apesar do seu custo mais elevado, o H3PO4 tem várias vantagens, é menos corrosivo e menos tóxico quando comparado ao H2SO4, o que representa uma redução no custo de construção das plantas industriais (NAIR et al., 2015). Após o pré-tratamento da biomassa duas correntes são geradas: 1) a fração líquida, caracterizada por conter pentoses (xilose, arabinose), xilo- oligômeros e hexoses (principalmente glicose); e outra fração sólida, composta de celulignina, que corresponde à lignina e a celulose remanescentes do pré-tratamento. Na fração sólida deve-se submeter o material a hidrólise química ou enzimática para a obtenção de açúcares fermentescíveis, já a fração líquida poderá ser fermentada depois da etapa de pré-tratamento (se apresentar concentração considerável de pentoses e baixa de inibidores). Assim, é importante realizar um pré-tratamento brando para evitar a formação de inibidores (furfural e hidroximetilfufural) para a levedura da fermentação e que garanta uma hidrólise completa, evitando o acúmulo de xioligômeros (NEITZEL, 2014). A região norte do Brasil é conhecida por ser a maior produtora e consumidora de açaí (Euterpe olerácea ) do qual tem como resíduo, o caroço que se torna um inconveniente higiênico sanitário para as vias urbanas e rurais. A possibilidade de converter o resíduo após o processo de obtenção da polpa do açaí em etanol seria interessante do ponto de vista comercial e ambiental. De acordo com Kim et al., (2001), este material contém grandes quantidades de celulose e hemiceluloses, o que justifica a sua utilização para a produção do etanol de segunda geração. O objetivo do presente trabalho foi realizar o pré-tratamento do caroço de açaí utilizando o ácido fosfórico H3PO4 para a produção de açucares fermentescíveis (pentoses) com foco no licor obtido do pré- tratamento (primeira via do processo) para a produção de etanol de segunda geração.

Material e métodos

A caracterização do caroço foi realizada em triplicata no laboratório de alimentos localizados na Instituição da Universidade do Estado do Pará – Cametá-Pa. Para esses devidos fins foram realizadas as seguintes análises: teor de umidade, cinzas, celulose, hemiceluloses e lignina total segundo protocolo NREL (SLUITER et al., 2011) e proteínas de acordo com (AOAC, 2008). O pré-tratamento com H3PO4 diluído foi realizado conforme a metodologia de Martins et al. (2015). O pré-tratamento ácido foi realizado em autoclave (121ºC) com concentração de ácido de 2 e 3,5%(m/v) e tempo de residência de 30, 60 e 90 min (determinados a partir de ensaios preliminares). A concentração de sólidos utilizada foi de de 5% (m/v) de caroço de açaí seco e triturado. Para a quantificação da glicose, foi utilizado o mono reagente glicose oxidase (marca INTER KIT). Para a quantificação dos ART, foi feita a metodologia do reagente DNS (BAZAN, 1993) ambos por espectrofotometria. Em ambos os métodos, o padrão de glicose foi utilizado como curva padrão. O fator de severidade foi calculado conforme metodologia de LEE & JEFFRIES (2011). Os resultados obtidos em todas as análises foram tratados estatisticamente através da Análise de Variância (ANOVA) e os cálculos das médias pelo Teste de Tukey a 5% de probabilidade com o auxílio do programa estatístico Assistat7.7 beta (SILVA, 2010).

Resultado e discussão

Os resultados da composição físico-química para o caroço de açaí com 9,1g/100g de umidade para celulose, hemiceluloses, lignina, extrativos, proteínas e cinzas foram de 26,9±0,05 g/100g, 34,5±0,03 g/100g, 22,0±0,01 g/100g, 7,1±0,02 g/100g, 3,1±0,03 g/100g e 4,1±0,04 g/100g, respectivamente. Oliveira (2014) encontrou para composição do caroço de açaí em g/100g celulose, hemiceluloses, ligninas, extrativos, proteínas e cinzas de 45,2±1,30, 18,2±0,80, 20,37±0,50, 9,5±0,20, 4,3±1,10 e 3,5±0,10, respectivamente. Sendo os valores encontrados pelo autor para celulose e hemiceluloses, diferentes dos valores encontrados no presente trabalho. Deve-se enfatizar que fatores ambientais, de variedades de plantas bem como a nutrição do solo podem influenciar na composição das biomassas. Em geral o caroço de açaí mostrou-se bem rico em carboidratos, apresentando em sua composição 61,4 g/100g de carboidratos totais em sua estrutura. A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos de todas as análises realizadas após o pré-tratamento com H3PO4 diluído. Através da Tabela 1, podemos observar que a maior liberação de açúcares se deu para a concentração de 3,5% de ácido no tempo de 90 minutos, entretanto, na condição de 2% de ácido e 90 minutos pode-se considerar também como uma boa condição, uma vez que ao aumentar a concentração de ácido, aumenta-se também a severidade do pré-tratamento podendo-se gerar produtos inibitórios para a fermentação como o furfural e o hidroximetilfurfural (FERRAZ, 2010). O fator de severidade encontrado para as seis condições estudadas (2% de ácido e 30, 60 e 90 min e 3,5% de ácido e 30, 60 e 90 min) foi de: 0,90, 1,20, 1,37, 1,08, 1,38 e 1,55, respectivamente. Ressaltando que na condição de 3,5% de ácido e 90 min de tempo de residência tem-se maior severidade no processo e quando aumenta-se a concentração de ácido e tempo de residência, aumenta-se o fator de severidade para cada ensaio. Em relação a glicose, pode-se observar que está não foi liberada no licor em grandes concentrações, uma vez que, a glicose fica contida na fração celulósica da segunda via do pré-tratamento (parte sólida) e pouco é liberada na fração líquida. A queda da concentração de glicose (Figura 1) em função da concentração de ácido e do tempo de residência, se dá pelo fato do aumento da severidade do pré-tratamento que quanto maior for, maior será a possibilidade de degradar a glicose, este comportamento não foi observado para os açúcares redutores totais (Figura 1). Neitzel (2014) pre-tratou o bagaço de cana por auto hidrólise e ao estudar o licor obtido de pré-tratamento obteve 23,88g/L de pentoses, na condição de 50% de sólidos, temperatura de 190ºC e tempo de 10 min. A utilização do caroço de açaí para a produção de açúcares se torna viável, além de reduzir os impactos ambientais gerados por estes resíduos, tem-se também um ácido menos corrosivo e que poderia ser utilizado como enriquecedor do meio fermentativo, uma vez que os microrganismos necessitam de fósforo para a sua nutrição. Estudos mais aprofundados devem ser realizados para avaliar a viabilidade da fermentação destes licores, uma vez que o microrganismo utilizado deve metabolizar as pentoses e hexoses.

Comportamento da liberação dos açúcares redutores totais (ART) (g/L), glicose (g/L) em função do tempo e da concentração de ácido H3PO4.


Resultados obtidos para massa solubilizada, ART e Glicose para o licor obtido após pré-tratamento do caroço de açaí com H3PO4 diluído.

Conclusões

A utilização do licor de pré-tratamento obtido do caroço de açaí mostrou-se viável para a produção de açúcares fermentescíveis sendo obtido o máximo de 20,8 g/L de açúcares redutores totais, que pode ser utilizado como meio fermentativo para a produção do etanol de segunda geração. Trabalhos futuros são necessários para avaliar a viabilidade deste licor no que se refere ao processo fermentativo, uma vez que, necessita-se de microrganismos selecionados que metabolizam a pentose para a produção do etanol. Entretanto, pode-se utilizar estes açúcares para a produção de outros compostos de interesse como o xilitol, de acordo com o interesse da indústria.

Agradecimentos

Referências

AOAC. Official methods of analysis of the Association Analytical Chemists. 18.ed. Maryland, 2008.

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SLUITER, A., HAMES, B., RUIZ, R., SCARLATA, C., SLUITER, J. Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass. Golden, Colorado: National Renewable Energy Laboratory; 2010 Jul. Report N. TP-510-42618, p. 17, 2011


FERRAZ, Flavio de Oliveira. Influência de diferentes métodos de destoxificação sobre a composição e fermentabilidade do hidrolisado de bagaço de cana-de-açucar à xilitol e etanol. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo. 2010.


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NEITZEL, Thiago. Estudo da aplicação de hemicelulases no reaproveitamento do licor de pentoses na produção de etanol de segunda geração. Relatório técnico-científico. Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais. Disponível em:< http://www. cnpem. br/bolsasdeverao/files/2013/08/THIAGO-NEITZEL_RELATORIOFINAL. pdf> acesso em, v. 23, n. 10, 2014.

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