Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Pré-tratamento enzimático da cana energia para obtenção de biogás
AUTORES: Ramos, I.M.A. (IFG) ; Faria, F.P. (UFG) ; Faria, S.P. (UFG) ; Santiago, M.F. (UFG) ; Oliveira, S.B. (IFG)
RESUMO: A cana energia se trata de uma variedade da espécie Saccharum spp,
direcionada para a produção de biomassa. Essa variedade de cana pode ser
utilizada na produção de biogás. Para esse fim, a biomassa pode passar por
um pré-tratamento enzimático. Neste trabalho utilizou-se de duas classes de
enzimas, lacases e hemicelulases. O objetivo foi avaliar a ação enzimática
na biomassa cana energia como pré-tratamento na sua digestão anaeróbia, para
a produção de biogás. Para isso, as enzimas foram produzidas e passaram por
reação de hidrólise em substrato de cana energia. Após a hidrólise, foram
avaliados os Açúcares Totais Redutores e a glicose solubilizada. Os
resultados preliminares indicam que o tratamento que apresentou melhor
rendimento relativo foi lacase e após 24 h adição de hemicelulases.
PALAVRAS CHAVES: Cana energia; Pré-tratamento enzimático; Biogás
INTRODUÇÃO: Desde o início do século XX, o mundo tem explorado exaustivamente os
recursos naturais existentes, causando a poluição da atmosfera e degradação
do meio ambiente. O uso de fontes tradicionais de obtenção de energia tem
traçado uma trajetória de declínio, abrindo espaço para as chamadas “fontes
alternativas de energia”. Entre essas fontes alternativas de energia, merece destaque o uso de biomassa para a obtenção de energia e de combustíveis. Um
dos usos da biomassa é em biodigestores, para a obtenção de biogás. Os
biodigestores podem ser definidos como câmaras que não contém oxigênio,
permitindo que determinadas bactérias decomponham os dejetos orgânicos,
produzindo como produto final adubo orgânico, biofertilizantes e biogás
(ANDRADE et al., 2012). Para o presente estudo, o enfoque foi a utilização
de cana energia como biomassa, para a obtenção de biogás. Para isso, será
avaliado o pré-tratamento enzimático da cana energia, utilizando-se duas
classes de enzimas: lacases (degradação de lignina) e hemicelulases
(degradação de hemicelulose). A cana energia se trata de uma variedade da
espécie Saccharum spp, direcionada para a produção exclusiva de biomassa
(VIOLANTE, 2012). São várias as suas vantagens em relação a cana de açúcar
comum: têm em geral, menor teor de sacarose e maior teor de fibras totais, e
alta produtividade por hectare plantado, além de ser uma cana mais robusta,
mais resistente a pragas e doenças, e mais longeva. Por isso, o interesse
por essa espécie vem crescendo, uma vez que ela pode ser uma alternativa na
produção tanto de etanol de 2ª geração, como utilizado para cogeração de
energia elétrica, a partir da produção de biogás (FREITAS, 2013).
MATERIAL E MÉTODOS: A amostra de cana energia foi cedida pela empresa Vignis Bioenergia, já
triturada. O material foi enviado para caracterização lignocelulósica no
Laboratório CBO, em Valinhos, Estado de São Paulo, de acordo com a
metodologia descrita por Nogueira (2005). A obtenção da enzima lacase seguiu
metodologia proposta por Golveia (2016). Como indutor da produção de lacase,
utilizou-se o fungo Pleurotus ostreatus e o substrato utilizado foi o
fruto/semente de Açaí (Euterpe oleracea Mart. Arecaceae). Já para a produção
das hemicelulases, optou-se por seguir o protocolo adotado por Faria (2011),
a partir da linhagem do fungo termofílico Humicola grisea var thermoidea.
Para a inoculação dos esporos do fungo o material lignocelulósico utilizado
como substrato foi o farelo de trigo. Após obtenção das enzimas lacase,
xilanase e arabinofuranosidase (ABFase), foi realizado o ensaio de hidrólise
da cana energia, em duplicata, com os seguintes tratamentos: 1 – Controle,
sem enzimas; 2 – Lacase; 3 – Hemicelulases (xilanase e ABFase); 4 – Lacase +
Hemicelulases; 5 – Lacase e após um período de 24 h a adição de
hemicelulases; 6 – Hemicelulases e após um período de 24 h a adição de
lacase. Utilizou-se 0,5 g de cana energia triturada, em um volume reacional
de 5 mL. As quantidades de enzimas foram determinadas a partir da atividade
enzimática de cada uma das enzimas. Para completar o volume da reação, foi
utilizada como solução tampão o citrato de sódio a 50 mmol.L-1 e água
destilada. Esta mistura foi colocada em shaker refrigerado para agitação a
120 rpm, a 36 ºC, por 48 horas. Terminado o período de reação, os tubos
falcon foram centrifugados a 4400 rpm, por 15 minutos. O sobrenadante foi
então analisado a partir das seguintes metodologias: DNS, Açúcares Redutores
e Teste de Glicose.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O resultado da caracterização da cana energia apontou que ela apresenta
21,51% de hemicelulose, 23,65% de lignina e 28,58% de celulose. Esses
valores diferem em comparação com a cana de açúcar comum, cujos resultados
se encontram entre 22,7-25,8% de hemicelulose, 19,01-31,4% de lignina e
38,4-45,0% de celulose (PITARELO, 2007; GOUVEIA et al., 2009, CANILHA et
al., 2011). Após a realização da hidrólise a partir do substrato cana
energia, executaram-se os testes de DNS, açúcares totais redutores (ATR) e
Glicose. Para a determinação do teor de ATR, primeiramente foi realizada uma
curva padrão de xilose nas concentrações de 0,3 a 4,2 mg/mL. Os dados
obtidos foram colocados em planilha para que fosse feito o cálculo de
rendimento em função da produção de açúcares redutores. A partir dos
resultados obtidos, foi possível estimar o rendimento relativo dos
tratamentos enzimáticos utilizados. Esse rendimento representa a quantidade
de açúcares liberados após a reação enzimática, o que indica qual tratamento
conseguiu promover maior quebra dos componentes da parede celular. A Tabela
1 apresenta o rendimento de açúcar solubilizado após a hidrólise da cana
energia. Já a Figura 1 mostra o rendimento relativo de cada tratamento
empregado. Pode-se observar que quando foram utilizadas as duas classes de
enzimas ao mesmo tempo, houve uma queda no rendimento em relação a
utilização apenas das hemicelulases. Isso pode ser devido a uma eventual
inibição provocada pela lacase.
Os resultados obtidos indicam que a lignina e a hemicelulose sofreram uma
desestruturação, mas não liberaram açúcares simples, como a glicose. De fato
é essa desestruturação que que pode proporcionar um ganho no processo de
obtenção de biogás, pois facilitaria a ação dos microorganismos envolvidos
no processo.
Tabela 1- Rendimento de açúcar solubilizado após a
hidrólise da cana energia
Figura 1: Rendimento relativo dos tratamentos
CONCLUSÕES: O presente estudo ainda não pode concluir efetivamente que a utilização de
enzimas pode favorecer a hidrólise da cana energia. No entanto, aponta
direções, que deverão ser testadas para garantir o sucesso do processo como um
todo. Em continuação a pesquisa proposta, as próximas etapas se referem ao
teste do melhor tratamento de hidrólise de cana energia, em uma escala maior.
Após a hidrólise do material (utilizando-se lacase e hemicelulases), o
substrato deverá ter seu potencial de produção de biogás testado em
equipamento AMPTS (Automated Methane Potential Test System), a nível de
bancada.
AGRADECIMENTOS: Ao IFG – Mestrado em Tecnologia de Processos Sustentáveis, a UFG -
Instituto de Ciências Biológicas e Faculdade de Farmácia e a Vignis
Bioenergia.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ANDRADE, H. O., PINHEIRO, G. D., PEREIRA, Á. I. S., FERREIRA, J. C. S., BORGES, M. V. F. Aspectos teóricos na produção de biogás e biofertilizante pelo mecanismo de biodigestão e geração de energia elétrica limpa através de um gerador específico. In: VII CONNEPI- Congresso Norte Nordeste de Pesquisa e Inovação. Palmas, Tocantins, Brasil, 2012. CANILHA, L. SANTOS, V. T. O.; ROCHA, G. J. M.; SILVA, J. B.; GIULIETTI, M; SILVA, S. S.; FELIPE, M. G. A.; FERRAZ, A. ; MILAGRES, A. M. F.; CARVALHO, W. A study on the pretreatment of a sugarcane bagasse sample with dilute sulfuric acid. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, New York, v. 38, p. 1467-1475, 2011. FARIA, S. Análise de diferentes misturas enzimáticas do fungo Humicola grisea var. thermoidea na hidrólise da fração de hemicelulose de bagaço de cana de açúcar. 2011. 107 f. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós- Graduação em Biologia, Goiânia, 2011. FREITAS, C. F. S. de. Biocombustíveis avançados da cana: oportunidades, limites e características de uma indústria emergente. 2013. 190 f. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, Rio de Janeiro, 2013. GOLVEIA, J. C. de S. Indução de lacase de Pycnoporus sanguineus CCT 4518 induzida por resíduos agroindustriais e ensaio de biorremediação de estrogênio sintético (EE2). 2016. 82 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2016. GOUVEIA, E. R., NASCIMENTO, R. D., SOUTO-MAIOR, A. M., ROCHA, G. D. M. Validação de metodologia para a caracterização química de bagaço de cana-de-açúcar. Quím. Nova, São Paulo, v. 32, n. 6, p. 1500-1503, 2009. NOGUEIRA, A. R. A. Manual de Laboratório: Solo, água, nutrição vegetal, nutrição animal e alimentos. São Carlos: EMBRAPA PECUÁRIA SUDESTE, 2005. PITARELO, A. P. Avaliação da susceptibilidade do bagaço e da palha de cana-de-açúcar à bio-conversão via pré-tratamento a vapor e hidrólise enzimática. 2007. 125 p. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2007. VIOLANTE, M. H. S. R. Potencial de produção de cana-energia em áreas agrícolas marginais no Brasil. 2012. 113 f. Dissertação (MPAGRO) - Escola de Economia de São Paulo, 2012.