Investigação de biomassas residuais oriundas das agroindústrias do Estado do Maranhão como alternativa para produção de biocombustíveis.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Verde

Autores

Ramos, E. (INSTITUTO FEDERAL DO MARANHÃO) ; Godinho, A. (INSTITUTO FEDERAL DO MARANHÃO) ; Cavalcante, K. (INSTITUTO FEDERAL DO MARANHÃO)

Resumo

No Estado do Maranhão, segundo os dados levantados pela CONAB (2015) a geração de resíduos na agroindústria estadual, representaria aproximadamente 3,8 milhões de toneladas para as safras de 2015/2016, Este trabalho investigou a potencialidade de biomassas residuais, oriundas da agroindústria das principais culturas do maranhão, como fonte de açúcares fermentescíveis para a produção de Bioetanol e demais produtos de interesse industrial. A conversão das biomassas celulósicas em monossacarídeos foi realizada pelo método enzimático. Os melhores resultados obtidos na pesquisa foram, a hidrólise sabugo de milho com 0,7g.L-1 de glicose após 96h de reação e a casca da soja, apresentando 0,3g.L-1 de glicose após 120h de reação.Destacando-se estas amostras para produção do bioetanol.

Palavras chaves

Biomassas lignocelulósica; Hidrólise Enzimática; Bioetanol

Introdução

As biomassas residuais da produção agrícola são apontadas como alternativas promissoras aos recursos fósseis, dentre os diversos recursos renováveis, devido principalmente à abundância, disponibilidade, diversificação e baixo custo. Nos últimos anos, a transformação seletiva de celulose em uma variedade de produtos químicos de alto valor agregado, além de combustíveis de alta qualidade tem se tornando uma das questões atraentes para o meio científico e tecnológico, com maior ênfase na produção de açúcares fermentáveis matéria prima do etanol celulósico, também conhecido como etanol de segunda geração. Com o progressivo aumento da demanda por energia, fontes alternativas renováveis vêm ocupando seu espaço na matriz energética mundial. A biomassa lignocelulósica, apontada como matéria-prima inesgotável e sustentável para a produção de biocombustíveis, tem como componente majoritário a celulose, um polímero linear formado pela ligação de repetição de unidades de glicose através de ligações p-1,4-glicosídica. Para produção de etanol celulósico, a hidrólise da celulose em glicose é realizada em meio ácido e em seguida catalisada por enzimas, uma metodologia de baixo custo e que apresenta bons resultados. Este trabalho científico investiga a potencialidade do aproveitamento de biomassas residuais gerada na agroindústria do Estado do Maranhão, como milho, arroz, soja e mandioca, realizando a conversão seletiva da celulose por catálise enzimática, para produção de açúcares fermentescíveis matéria prima do Bioetanol.

Material e métodos

Pré tratamento Para o pré tratamento das biomassas residuais, (casca de arroz, casca e sabugo de milho, casca de soja e casca de mandioca), secou-se as amostras em estufa a 90º por 3horas, após secas, as amostras foram trituradas, e armazenadas no rerigerador até o uso. Tratamento ácido As biomassas celulósicas foram submetidas a um pré-tratamento quimico que consiste no processo de hidrólise da celulose com 250 mL de H2SO4 a 0,5 mol/ no reator de alta pressão (Parr 4848), com 2,5 gramas de biomassa seca, à temperatura de 170º C por oito minutos. O precipitado foi filtrado, e armazenadas no dessecador até o uso. Hidrólise por catálise enzimática. Em tubos de ensaio foi adicionado 0,1g das amostras hidrolisadas com ácido , 5mL da solução de Ácido Cítrico 0,1mol/L e Citrato de Sódio 0,1 mol/L (tampão pH 5). Em seguida foi adicionado 0,06 mL da enzima celulósica (CELL IC Htec2 Battch: VHN00003) cedida pela Nonozymes. A solução foi agitada e levada para banho de óleo a 50ºC por 72h, 96h, 114h e 168h. Após o tempo decorrido, as amostras foram filtradas e o precipitante foi armazenado sob refrigeração para realização da quantificação dos açúcares redutores. Caracterização da Biomassa As biomassas in natura e pré-tratadas foram submetidas à análise de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) usando um Microscópio Phenom, modelo Pro-X, acoplado ao sistema EDS, com ampliação do microscópio óptico de 20-120x, faixa de magnificação do microscópio eletrônico de 80-130000x e zoom digital de 12x, para avaliar a estrutura do poliuretano e a integridade da camada lignocelulósica. Quantificação dos açúcares redutores A quantificação dos açúcares fermentescíveis produzidos na catálise enzimática foi obtida pelo método de Miller (1959) com ácido 3,5- dinitrosalicílico (DNS).

Resultado e discussão

A imagem 1 apresenta a caracterização morfológica da camada de celulose das biomassas, realizada em MEV, a tensões de 10 e 15 KV. Nas micrografias do material in natura, é possível verificar as células do parênquima distribuídas ao longo de toda a fibra, após o pré-tratamento observa-se a formação de superfícies irregulares LORENCINI (2013) afirma que a deslignificação resulta na formação de furos na estrutura da parede celular. As imagens nos mostram que a hidrólise realizada alcançou o objetivo previsto, desestruturando a camada lignocelulósica da biomassa facilitando a ação das enzimas na transformação da celulose em glicose. Após a catálise enzimática,foi realizada a quantificação de açúcares. A leitura da absorbância foi realizada em Espectrofotômetro UV – visible cary 50probe. Sob comprimento de onda de 540 nm (λ= 540nm). Os resultados obtidos estão dispostos na Tabela 1. Observa-se que o sabugo de milho obteve o melhor resultado obtendo 0,7g/L-1 de glicose, para cada 0,1g de biomssa. A casca de arroz apresentou o menor rendimento, com cerca de 0,02g/L-1 de glicose. Mussatto e Roberto (2002) confirmam que a casca de arroz é um material rico em celulóse, constituindo- se de cerca de 44% na sua estrutura, o baixo resultado da hidrólise desta biomassa deve-se à inatividade da enzima. Nóbile (2014) afirma que 80% da glicose produzida na hidrólise enzimática é fermentescível à etanol. Utilizando os dados obtidos nesta pesquisa conforme á literatura e em escala macro, 1 tonelada de Bioresíduo de milho, é capaz de produzir 12,500L de etanol. Com esses dados observamos que as biomassas aqui estudadas se apresentam como uma alternativa promissora para produção do etanol de 2ª geração.

Os resultados foram utilizados para construção da curva analítica de equação y = 9,6083x - 0,1539 e R² = 0,9737.

Conclusões

Analisando os resultados obtidos, é possível concluir que a produção de substancias glicosídicas, matéria prima do Bioetanol, a partir das biomassas celulósicas estudadas nesta pesquisa são eficientes. Destacando-se a casca de mandioca, soja, e sabugo de milho, a casca de arroz foi a biomassa que apresentou o resultado mais baixo. Porém em geral as amostras apresentaram um bom resultado por catálise enzimática, sendo caracterizadas como uma matéria prima promissora para produção de Bioetanol, destinando esses materiais a um reaproveitamento sustentável.

Agradecimentos

Agradecemos a Deus, ao IFMA, à Nonozymes, à UFMA, à UEMA, e a todos os pesquisadores e orientadores envolvidos na pesquisa, os nossos sinceros agradecimentos.

Referências

1. Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB). Acompanhamento da safra brasileira. – v.1 – Brasília, 2015. Quadrimestral Disponível em: http://www.conab.gov.br

2. Hsu, P. L, W. Ross, A. Landy. O fogo lambda do sítio: Limites funcionais e interação com a proteína. São Paulo, Nature, 1980.

3. LORENCINI, P. Otimização do pré-tratamento ácido de bagaço de cana para a sua utilização como substrato na produção biológica de hidrogênio. 2013. 90 p. Dissertação (Mestrado em Ciências, área: Química) – Departamento de Química, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2013.

4. MILLER, G. L. Use of dinitrosalicylic acid reagente for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry, v. 31, n. 3, p. 426-428, 1959.

5. MUSSATO, I. S.; ROBERTO, I. C. Produção biotecnológica de xilitol a partir da palha de arroz. Biotecnologia Ciência e Desenvolvimento. Brasília, n.28, p.34-39, 2002.

6. NÓBILE. F.O. Avaliação da produção de etanol e cogeração de energia pela cultura do sorgo sacarino. Revista Uniara, v.17, n.1, 2014.