COMPARAÇÃO DE DIFERENTES ESTRATÉGIAS DE PRÉ-TRATAMENTO PARA
HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DA BIOMASSA DE JABUTICABA PARA PRODUÇÃO DE
ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO
Ricardo Rodrigues Goulart1; Valdirene Neves Monteiro2
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Bolsista PBIC/UEG, graduando do Curso de Farmácia, UnUCET – UEG.
2
Orientadora, docente do Curso de Farmácia, UnUCET – UEG.
RESUMO
A maior dificuldade para o aproveitamento dos resíduos lignocelulósicos está representada pela
barreira física formada pela lignina, que impede o aproveitamento da celulose nativa. Vários tipos
de pré-tratamentos podem ser aplicados com o objetivo de diminuir o teor de lignina, alterando a
estrutura nativa, e facilitar a posterior hidrólise enzimática por celulase. Nesse trabalho as cascas
de jabuticaba foram submetidas a tratamentos físicos como moagem e aquecimento, e
tratamentos químicos como hidrólise ácida e utilizando HCl e NaOH a concentrações de 0,25; 0,5
e 1%, disponibilizando a celulose para hidrólise pela celulase, gerando bons rendimentos em
açúcares fermentáveis e a partir destes a produção de etanol de segunda geração. Esse projeto se
encontra em andamento e mas verificou-se que o tratamento com HCl a 1% apresenta maior
rendimento em glicose a partir da hidrólise da celulose que os outros tratamentos, esperando-se
que também obtenha maiores rendimentos em etanol, teste que será efetuado posteriormente.
Espera-se que este estudo oriente futuras pretensões de aproveitamento econômico de resíduos
agroindustriais a partir da jabuticaba e de sua própria casca, aumentando o valor agregado da
mesma,
assim
promovendo
o
desenvolvimento
regional
sustentável
trabalhando
no
desenvolvimento tecnológico de produtos que possam ter valor comercial.
Palavras-chave: Hemicelulose. Celulose. Hidrólise enzimática. Etanol.
1
INTRODUÇÃO
Materiais lignocelulósicos são fontes renováveis de grande interesse para a produção de
materiais, insumos e produtos como o etanol de segunda geração, ou seja, aquele produzido não a
partir do caldo de cana de açúcar e sim de resíduos agroindustriais. Entretanto algumas dessas
aplicações são limitadas pela associação entre os três principais componentes desses materiais
que são a lignina, a hemicelulose e a celulose. A produção de etanol a partir de materiais
lignocelulosídicos por três processos: 1) pré-tratamento necessário para alterar a estrutura
celulósica da biomassa deixando mais acessível à celulose para a hidrólise. 2) ação de celulases
durante a hidrólise da celulose a açúcares fermentáveis e 3) fermentação (SUN & CHENG, 2002;
RAMOS, 2003).
Recentemente o vinho de jabuticaba foi industrializado em escala laboratorial no
Laboratório de Tecnologia e Bioquímica de Alimentos da Faculdade de Farmácia (FF) /
Universidade Federal de Goiás (UFG) /Brasil, com a prévia colaboração da matéria-prima da
Fazenda Jabuticabal (Município de Hidrolândia-Goiás) e, posteriormente, elaborado em escala
industrial na mesma. Este produto que obteve um grande aceite comercial se trata do maior
produto acabado produzido a partir da jabuticaba, presente no mercado (ASQUIERI et al., 2004).
A partir desse trabalho, surgiu a necessidade de se aproveitar os subprodutos do
processamento da jabuticaba durante a produção de fermentado (SCHUCHARDT et al., 2001).
MATERIAIS E MÉTODOS
Matéria-prima
A biomassa vegetal, casca de jabuticaba foi obtida após o processamento da jabuticaba
para a produção de vinho e aguardente provenientes da Fazenda Jabuticabal (Município de Nova
Fátima-Goiás).
Pré-tratamento da casca de jabuticaba
A casca de jabuticaba foi obtida após o processamento desta, para a produção de
fermentado e aguardente, provenientes da Fazenda Jabuticabal (Município de Hidrolândia-GO).
As cascas foram lavadas com água de torneira para a retirada de sujeiras. Logo em seguida as
cascas foram adicionadas em um frasco contendo 1L de água destilada e autoclavadas a 121°C
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por 1h depois foram secas em estufa por 24h a 100°C, após esse procedimento foram moídas e
submetidas ao aparelho de soxlet contendo ciclohexano e etanol (1:1) para a retirada de
extraíveis, o material foi lavado com água quente para a retirada dos solventes e depois secas em
estufa a 100°C por 24 horas e depois trituradas. As cascas assim preparadas foram submetidas
aos seguintes tratamentos: ácido clorídrico a 0,25; 0,5 e 1% e com hidróxido de sódio 0,25; 0,5 e
1%, em autoclave a 121°C durante 15 minutos. Após esse processo filtrou-se a amostra a vácuo,
separou o filtrado da casca tratada de cada uma das amostras, congelou-se o filtrado para
posteriores análises, lavou-se a casca com água destilada ate que se encontrasse em pH neutro e
colocou-se para secar as amostras de casca pré-tratada a 60°C por 24 h em estufa.
Hidrólise da Biomassa de Jabuticaba
Em erlenmeyer de 125mL foi adicionado 1% de casca de jabuticaba que sofreu um dos
tratamentos químicos e 10 mL de tampão citrato fosfato 100 mMol.L-1 pH 5,5 contendo 41,33
FPU de celulase comercial da marca Sigma Aldrish. Os frascos foram incubados em agitador
rotatório à 50ºC e velocidade de 120 rpm por 48 horas. Após esse período as soluções foram
centrifugadas e o sobrenadante utilizado para dosagens de açúcares redutores e glicose.
Determinação de açúcares redutores
A concentração de açúcar redutor foi determinada por espectrofotometria a 550nm pelo método
de DNS (MILLER, 1959), utilizando glicose como padrão.
Determinação de glicose
A concentração de glicose foi determinada pelo sistema colorimétrico para determinação de
glicose (Doles TM).
Determinação da celulose
A porcentagem de celulose nas amostras foi determinada conforme UPDEGRAFF (1969).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Foi avaliado o efeito do tratamento com ácido clorídrico (HCl) em diferentes
concentrações na casca da jabuticaba. Esse trabalho teve como objetivo permitiu conhecer qual
tratamento obteve a melhor atuação de celulases nas cascas para obtenção de glicose. Nota-se que
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a quantidade de açúcar redutor nos três tratamentos com Ácido clorídrico (Tabela 1) não foi
significativa e que a 1% de HCl foi o tratamento no qual houve maior quantidade de glicose. Esse
tratamento também favoreceu uma hidrólise da celulose (Tabela 4).
Tabela 01. Porcentagem de açúcares e glicose produzidos durante a hidrólise da casca de
jabuticaba tratada com ácido Clorídrico (HCl).
% de HCl usado para o tratamento
mg/mL de açúcares
mg/mL de glicose formada
da casca de jabuticaba
0,25 %
0,5 %
1%
redutores
62,7
62,6
60,5
37,5
41,05
43,27
O tratamento com Hidróxido de sódio (NaOH) mostrou que a quantidade de açúcares
redutores foi muito mais elevada em concentração de 1% de NaOH (Tabela 2) do que com o HCl
(Tabela 1), porém não se observa maior quantidade em glicose nesses açúcares, provavelmente os
outros açúcares possam ser provenientes da hidrólise da hemicelulose como xilose entre outros.
Observa-se um aumento na disponibilidade de celulose para hidrólise quando a casca foi tratada
com 1% de NaOH (tabela 4).
Tabela 02. Porcentagem de açúcares e glicose produzidos durante a hidrólise da casca de
jabuticaba tratada com Hidróxido de sódio (NaOH).
% de NaOH usado para o
mg/mL de açúcares
tratamento de casca de jabuticaba
0,25 %
0,5 %
1%
redutores formados
34,2
28,4
96,5
mg/mL de glicose formada
20,8
10,7
31,5
A tabela 3 mostra que no conteúdo total de açúcares redutores a quantidade de glicose foi
maior quando as cascas foram tratadas com 1% de Ácido Clorídrico e que o tratamento com
Hidróxido de sódio 0,25% foi o que mais apresentou maior quantidade de glicose entre os
açúcares redutores.
Tabela 3. Porcentagem de glicose presente na quantidade total de açúcares redutores
Tratamento
Porcentagem de glicose presente na
quantidade total de açúcares redutores
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HCl 0,25 %
HCl 0,5 %
HCl 1%
NaOH 0,25 %
NaOH 0,5 %
NaOH 1 %
60 %
65 %
70 %
60 %
40 %
35 %
Assim admite-se que diferentes pré-tratamentos geram distintas taxas de degradação de
celulose (Tabela 4), tendo como resultado diferentes concentrações de glicose e outros açúcares
no meio reacional que gera posteriormente rendimentos diferentes de etanol. Observa-se que a
celulose das cascas tratadas com HCl apresenta boa porcentagem de hidrólise, que cresce à
medida que a concentração de ácido aumenta. Já o tratamento por NaOH não apresenta bons
resultados, exceto pelo no caso do NaOH a 1 %, pois se verifica taxa de hidrólise semelhante ao
padrão que não apresentava tratamento.
Tabela 4. Porcentagem de hidrólise dessas pela celulase.
Tratamentos
Sem tratamento
NaOH 0,25 %
NaOH 0,5 %
NaOH 1 %
HCl 0,25 %
HCl 0,5 %
HCl 1 %
% de hidrólise da celulose
4,94 %
5,28 %
4,61 %
18,91 %
18,83 %
22,77 %
30,70 %
CONCLUSÃO
Dentre os tratamentos testados nesse trabalho, o tratamento com ácido foi mais eficiente
sendo a melhor concentração de ácido Clorídrico a 1%. A pré-hidrólise com ácido diluído a
temperaturas de 121º C é mais efetiva por aumentar a digestibilidade enzimática na celulose e
tem funções importantes no processo de conversão como
hidrolisar os componentes da
hemicelulose para produzir um xarope de açúcares monoméricos e expor a celulose, removendo a
hemicelulose e a lignina, à ação de celulases (SILVESTEIN, 2004).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ASQUIERI, E.R.; DAMIANI, M.A. CANDIDO ; E.M. ASSIS. Vino De Jabuticaba (Myrciaria
cauliflora Berg): Estudio De Las Características Físico-Químicas Y Sensoriales De Los Vinos
Tinto Seco Y Dulce, Fabricados Con La Fruta Integral. Alimentaria, Barcelona, p.111-121, Jul/
Ago, 2004.
MILLER, G.L. Use of dinitosalicylic acid reagent for the determination of reducing sugar.
Analytical Chemistry, v. 31, p. 426-428, 1959.
RAMOS, L.P. The chemistry involved in the steam treatment of lignocellulosic materials.
Química Nova, São Paulo, v.26, n. 6, p.863-871, 2003.
SCHUCHARDT, U.; RIBEIRO, M. L. e GONÇALVES, A. R. A Indústria petroquímica no
próximo século: como substituir o petróleo como matéria-prima? Química Nova, São Paulo, v.
24, n.2, p.247-251, 2001.
SILVERSTEIN, R. A. A comparison of chemical pretreatment methods for converting
cotton stalks to ethanol. 2004. 112 p. Dissertação (mestrado) - Faculty of North Carolina State
University, Chapel Hill, 2004.
SUN, Y.; CHENG. J. Hydrolysis of lignicellulosic materials for ethanol production: a review.
Bioresource Technology, v.83, p.1-11, 2002.
UPDEGRAFF, D. M. Semi-micro determination of cellulose in biological material. Analytical
Biochemistry, v. 32, p. 424–428, 1969.
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