Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Caracterização e pré-tratamento alcalino do bagaço de malte como potencial matéria-prima para produção de etanol 2G
AUTORES: Lobo Gomes, C. (UFG) ; de Sousa Rodrigues, D. (EMBRAPA AGROENERGIA) ; Galeano Suarez, C.A. (UFG) ; Doraci Cavalcanti Montano, I. (UFG)
RESUMO: A necessidade de produzir combustíveis renováveis baratos para substituir
combustíveis fósseis é assunto relevante nas agendas políticas de vários
países. Entre as matérias-primas que podem ser usadas para a produção de
biocombustíveis está o bagaço de malte, por se tratar de resíduo
lignocelulósico disponível e de baixo custo. O presente trabalho teve como
objetivo caracterizar o bagaço de malte e realizar o seu pré-tratamento
alcalino seguindo-se um planejamento fatorial 2^3 com três experimentos no
ponto central; no qual as variáveis independentes foram: o tempo de contato
(30, 60 e 90 min) e concentração de NaOH (4, 6 e 8%) obtendo-se melhores
resultados de deslignificação com 8% de NaOH e 90 min e maior aumento de
celulose com 6% de NaOH e 60 min.
PALAVRAS CHAVES: Biocombustíveis; Bagaço de malte; Pré-tratamento alcalino
INTRODUÇÃO: A crescente preocupação com a escassez de reservas de petróleo, juntamente
com a necessidade de preservar o meio ambiente, é o principal motor da busca
por fontes renováveis alternativas viáveis para a produção de combustíveis
sustentáveis (PEREIRA et. al, 2015).
Neste contexto, nos últimos anos, uma quantidade considerável de pesquisas
bioenergéticas tem sido direcionada à caracterização da biomassa, ao pré-
tratamento, à conversão termoquímica e bioquímica e à revalorização de
biocombustíveis. Isso porque a produção de biocombustíveis de segunda
geração (2G) a partir de biomassa lignocelulósica abundante pode prover uma
energia sustentável sem comprometer a segurança alimentar (GNANSOUNOU et
a.,2015; NANDA et. al, 2015).
O Brasil, por ser um dos principais produtores de cerveja, gera como
principal subproduto dessa indústria, o bagaço de malte, que é geralmente
destinado para ração animal. Entretanto, esta biomassa também pode ser
reaproveitada como matéria-prima para produção de bioetanol de segunda
geração (2G) (CERVIERI et. al, 2014).
Uma necessidade do material lignocelulósico é o rompimento da sua estrutura
complexa, permitindo acessibilidade enzimática e microbiana para as etapas
de hidrólise e fermentação. O pré-tratamento alcalino é caracterizado por
digerir a lignina da biomassa e tornar a celulose acessível para a hidrólise
(LI et al., 2013; TOQUERO E BOLADO, 2013).
Desta forma, o presente estudo tem como objetivos caracterizar o bagaço
de malte in natura e pré-tratado com hidróxido de sódio e avaliar o teor de
deslignificação ocorrida durante o processo do pré-tratamento.
MATERIAL E MÉTODOS: 1. BAGAÇO DE MALTE
O bagaço de malte foi cedido pela cervejaria Imperial, situada em Goiânia.
2. CARACTERIZAÇÃO
Amostras de 0,3 g de bagaço de malte moído (in natura e pré-tratado) foram
transferidas
para tubos de pressão para serem tratadas com 3 mL de H2SO4 72%, sob
vigorosa agitação com um bastão de vidro a cada 10 minutos, em um banho
termostatizado a 30,0 ± 0,5 °C durante 60 min. A reação foi interrompida
com a adição de 84 mL de água Milli-Q. Os tubos foram fechados e
autoclavados por 60 min. a uma pressão de 1,00 bar, a 121 °C. Após a
descompressão da autoclave, os tubos foram retirados da mesma, resfriados à
temperatura ambiente, sendo a mistura reacional filtrada com o auxílio de
cadinhos previamente tarados e transferida para um erlenmeyer de 250 mL. O
hidrolisado foi submetido ao HPLC para análise de carboidratos.
O material insolúvel retido nos cadinhos foi lavado com aproximadamente 50
mL de água Milli-Q, para remoção de ácido residual, e seco em estufa à
temperatura de 105 °C até massa constante. Para determinação do teor de
cinzas totais, os cadinhos foram levados à mufla, respeitando a rampa de
aquecimento adequada para determinação de lignina, retirados, levados para
dessecador até alcançar temperatura constante e então pesados. A porcentagem
de lignina insolúvel em meio ácido foi calculada descontando-se a massa de
cinzas presente na lignina.
A quantidade de lignina solúvel foi determinada pela medida de absorbância a
240 nm em espectrofotômetro.
3. PRÉ-TRATAMENTO ALCALINO
O bagaço in natura seco foi pré-tratado com concentrações de
solução de hidróxido de sódio (4,6 e 8%) em autoclave a 121°C e 1 atm, sob
diferentes tempos de reação (30, 60 e 90 min), seguindo um planejamento
fatorial de 2^3 e três repetições no ponto central.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os compostos presentes no bagaço de malte em maior quantidade foram a
lignina e celulose. Dessa forma, é interessante a escolha de um pré-
tratamento que remova de forma eficiente grande parte desta lignina. O pré-
tratamento alcalino promove intensa deslignificação da biomassa, expondo as
fibras de celulose e tornando estas mais acessíveis ao ataque das enzimas.
(HAHN-HÄGERDAL et al, 2006; PANDEY et al, 2000; NASCIMENTO, 2011).
A Tabela 1 representa os teores de lignina e celulose obtidos com o bagaço
in natura e após os pré-tratamentos alcalinos; e as respectivas porcentagens
de deslignificação e aumento de celulose. Pode-se notar, de acordo com a
Figura 1 (a), que a maior taxa de deslignificação ocorreu no pré-tratamento
utilizando 8% de NaOH durante 90 min, como o esperado, atingindo um valor de
aproximadamente 60%.
A solubilização dos componentes da biomassa é maior, quão maior for a
severidade do processo. Logo, era esperado que com o aumento da quantidade
de NaOH utilizada resultaria em uma celulignina com menor teor de lignina e
conseqüentemente um maior teor de celulose. Em contra-partida, o aumento da
concentração de celulose ocorreu de maneira mais efetiva nos pré-tratamentos
com 6% de NaOH durante 60 minutos, como mostra a Figura 1 (b), na qual
confirma que a região onde teve maior aumento de celulose foi a do ponto
central, ao invés do pré-tratamento com 8% e 90 min. Estes resultados
corroboram o estudo feito por Nascimento (2011), no qual uma condição mais
branda de pré-tratamento (1% NaOH 15 min) resultou em um maior aumento de
concentração de celulose. Assim, a faixa entre 6-8%, no caso do bagaço de
malte, é a mais eficiente para obter maior rendimento numa futura etapa de
hidrólise enzimática.
Tabela 1
Concentração de NaOH (%), tempo de pré-
tratamento, teor de lignina (%), teor de
deslignificação (%), teor de celulose(%) e
aumento de celulose (%).
Figura 1
Gráficos do (a) teor de deslignificação e (b)
aumento de celulose em relação ao tempo e
concentração de NaOH.
CONCLUSÕES: O bagaço de malte apresentou elevados teores de lignina, o que induziu a
escolha do pré-tratamento alcalino para este tipo de material. O pré-
tratamento com 8% de NaOH-90 min mostrou-se o mais eficiente na etapa de
remoção de lignina, com quase 60% de deslignificação. E as mais elevadas
concentrações de celulose, foram observadas com 6% de NaOH-60 min. Estes
resultados indicam que a faixa de concentração de NaOH mais adequada para o
pré-tratamento do bagaço de malte é entre 6 e 8%, visando maior rendimento na
hidrólise enzimática para posterior fermentação e produção de etanol 2G.
AGRADECIMENTOS: À Deus e familiares. Agradeço à Fapeg, UFG e à Unidade da Embrapa Agroenergia
pela disponibilidade dos laboratórios.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CERVIERI, O. J.; TEIXEIRA, J. R. J.; GALINARI, R.; RAWET, E. L.; DA SILVEIRA, C. T. J. O Setor de Bebidas no Brasil. Bebidas – BNDES Setorial, nº 40, 93-130, 2014.
GNANSOUNOU, E.; VASKAN, P.; PACHÓN, E. R. Comparative techno-economic assessment and LCA of selected integrated sugarcane-based biorefineries. Bioresource Technology, nº 195, 364-375, 2015.
HAHN-HÄGERDAL, B. et al. Bio-ethanol: the fuel of tomorrow from the residues of today.Trends in Biotechnology, n. 12, 549-556, 2006.
NANDA, S.; AZARGOHAR, R.; DALAI, A. K.; KOZINSKI, J. A. An assessment on the sustainability of lignocellulosic biomass for biorefining. Renewable and Sustainable Energy Reviews, nº 950, 925-941, 2015.
NASCIMENTO, V. M. Pré-tratamento alcalino (NaOH) do bagaço de cana-de-açúcar para a produção de etanol e obtenção de xilooligômeros. UFSCar, 1-136, 2011.
PANDEY, A. Et al. Biotechnological potential of agroindustrial residues. I: sugarcane bagasse. Bioresource Technology, nº 74, 69-80, 2000.
PEREIRA, S. C.; MAEHARA, L.; MACHADO, C. M. M.; FARINAS, C.S. 2G ethanol from the whole sugarcane lignocellulosic biomass. Biotechnology for Biofuels, nº 44, 1-16, 2015
LI, H., PU, Y.; KUMAR, R.; RAGAUSKAS, A. J.; WYMAN, C.E. Investigation of lignin deposition on cellulose during hydrothermal pretreatment, its effect on cellulose hydrolysis, and underlying mechanisms. Biotechnology Bioengineering, nº 111, 485-492, 2014.
SLUITER, A.; HAMES, B.; RUIZ, R.; SCARLATA, C.; SLUITER, J.; TEMPLETON, D.; CROCKER, D. Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass. National Renewable, nº 510, 1-15, 2008.
TOQUERO, C.; BOLADO, S. Effect of four pretreatments on enzymatic hydrolysis and ethanol fermentation of wheat straw. Influence of inhibitors and washing. Bioresource Technology, nº 157, 68-276, 2014.