I Congresso de Pesquisa e Pós-Graduação do Câmpus Rio Verde do IFGoiano.
06 e 07 de novembro de 2012.
AVALIAÇÃO DE PRÉ-TRATAMENTO ALCALINO EM DIFERENTES
CONCENTRAÇÕES AUXILIADO POR RADIAÇÃO DE MICROONDAS PARA PRODUÇÃO DE ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO A
PARTIR DE Brachiaria decumbens
BARROS, Mariana da Silva (Estudante de IC) 1; SOUZA NETO, Geraldo Pereira de
(colaborador) 1; CASTRO, Carlos Frederico de Souza (Orientador) 1
1
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano – Câmpus Rio Verde – GO.
[email protected]
RESUMO: A atual produção de bioetanol procura cada vez mais, fontes baratas e com alto nível de
rendimento. O fato de não competirem com a produção de alimentos e de sua alta disponibilidade, os
materiais lignocelulósicos torna-se uma importante fonte de matéria-prima na produção de etanol. Foi
escolhido para estudo a Brachiaria decumbens (braquiarinha) que é uma variedade de forrageira
comum na região, apresenta baixo teor de lignina e é desprovida de investigação para esse fim. O
material seco e triturado foi caracterizado para determinar a quantidade de hemicelulose, lignina e
celulose presentes. Pós-caracterização, submeteu-se a ataques químicos em associação ao uso da
radiação de micro-ondas para a liberação de açúcares fermentáveis, visando a produção de etanol
combustível de 2a geração. Para o ataque químico foi utilizado o hidróxido de sódio (NaOH) nas
concentrações de 0,5% e 5% m/v. Os resultados mais relevantes encontrados com o ataque básico
foram aqueles submetidos à concentração alta (5%), sendo que o experimento 12, 14 e 16 foram os
mais interessantes, devido a maior concentração de celulose e teores menores de lignina.
Palavras-chave adicionais: celulose, combustível, hidróxido de sódio, lignocelulósico
INTRODUÇÃO
Cada vez mais, procura-se por
autossuficiência energética com caráter menos
poluente e renovável, a biomassa tem sido muito
investigada, pois oferece uma alternativa viável
para combustíveis como diesel e etanol em curto
prazo. A biomassa lignocelulósica é ainda mais
interessante, uma vez que não compete com a
produção de alimentos e é consideravelmente
mais barata na produção de etanol de segunda
geração. Estima-se que sua produção mundial
anual atinja cerca de 1x1010 MT (Alvira et al,
2010).
Dentre as etapas do processamento da
lignocelulose, o pré-tratamento é o princípio e
permite modificar a estrutura da biomassa
celulósica para que as enzimas possam
transformar os carboidratos poliméricos em
açúcares fermentáveis (Mosier et al, 2005).
O pré-tratamento tem a finalidade de
remover a lignina e hemicelulose, aumentar o teor
de açúcares fermentáveis, além de ser
economicamente viáveis, pois previne ou impede
a formação de compostos inibidores dos
processos de hidrólise e fermentação, e reduz a
degradação dos carboidratos. O aquecimento por
micro-ondas permite maior controle sobre a
temperatura e tem por vantagem a economia de
energia, já que é um método de aquecimento por
acoplamento direto da energia das micro-ondas
com as moléculas envolvidas, sendo apresentado
como uma alternativa promissora na obtenção de
açúcares potencialmente fermentáveis (Xue et al,
2012).
O presente trabalho tem como objetivo
verificar a influência do pré-tratamento alcalino
auxiliado por radiação de microondas sobre a
Brachiaria decumbens, pois o aquecimento por
micro-ondas permite maior controle sobre a
temperatura e tem por vantagem a economia de
energia.
MATERIAL E MÉTODOS
O material foi recolhido em uma chácara na
cidade de Santa Helena de Goiás-Goiás, cultivado
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em regime perene. O capim foi condicionado
numa sala aquecida durante uma semana para
completa secagem e logo depois moído até obterse um pó fino e homogêneo que foi armazenado
em sacos plásticos a temperatura ambiente.
O pré-tratamento alcalino consistiu na
retirada de 5 gramas do pó lignocelulósico que
foram tratadas com hidróxido de sódio em
concentração de 0,5 ou 5% (m/v), em razões
Líquido/Sólido de 10:1 e 50:1 e submetidas a
potência de 10% e 20% e tempo de 10 minutos e
uma hora, no micro-ondas. Após o tratamento, a
mistura foi filtrada e o líquido resultante usado
para determinação do teor de açúcares, através da
refratometria. Os resíduos sólidos foram
analisados para determinação da sua composição.
Para determinação de extraíveis, utilizou-se
5 g do material lignocelulósico que foram
transferidos para um extrator Soxhlet. A extração
durou por 8 horas, usando cerca de 300 mL de
hexano PA. Após a extração, foram secados a 40°
C e pesado. A hemicelulose foi determinada a
partir de 1 g do material lignocelulósico (livre de
extraíveis) acrescentado de 30 mL de solução
aquosa de hidróxido de sódio a 2%. A mistura foi
fervida por 3 horas, filtrada e lavada com água
destilada. Secagem a 40° e pesagem logo após.
Para a determinação da lignina utilizou-se 1 g do
material lignocelulósico (livre de extraíveis)
acrescentado de 30 mL de solução aquosa de
ácido sulfúrico a 72%. A mistura ficou em
repouso por 24 horas. Depois, diluída com 300
mL de água destilada e aquecida, levando a
ebulição por 1 hora. O material foi filtrado e
lavado com água destilada, conservado em estufa
a 40° C e posteriormente pesado para os devidos
cálculos.
RESULTADO E DISCUSSÃO
O capim brachiarinha (B. decumbens)
coletado apresentou 17% de extraíveis, 37,3% de
hemicelulose, 21,7% de lignina e 24% de
celulose, constituindo um material interessante
para a produção de etanol lignocelulósico, com
um teor de celulose relativamente elevado. Os
resultados dos ataques alcalinos encontram-se
dispostos na Tabela 1 e 2, abaixo.
Analisando os resultados de acordo
com as variáveis, temos que quando o
material era submetido à concentração maior
(5%), a hemicelulose e a lignina tiveram uma
redução significativa que podemos observar
no experimento 12 e 14, respectivamente, o
que não pode ser verificado na concentração
baixa, uma vez que não alterou
significativamente esses teores no material.
TABELA 1. Efeito do pré-tratamento com
solução aquosa de hidróxido de sódio a 0,5%
(m/v) para retirada de açúcares da espécie
forrageira Brachiaria decumbens cv. Basilisk.
Exp. (E)
Extraíveis Hemicelulose Lignina Celulose Brix
Bruto
17,0
37,3
21,7
24,0
E1
23,3
40,1
23,9
12,6
1,8
E2
6,9
47,4
26,5
19,1
2,2
E3
26,7
37,5
22,8
13,1
1,8
E4
7,0
35,7
22,9
34,4
2,9
E5
11,9
54,3
25,1
8,7
1,0
E6
17,6
30,3
22,9
29,3
1,0
E7
22,5
34,1
29,7
13,8
1,0
E8
26,3
35,0
25,2
13,5
1,0
Quanto à razão liquido-sólido, esta não
teve significância na extração de lignina e
hemicelulose da amostra. Na retirada de
hemicelulose, a concentração e o tempo de
radiação no micro-ondas foram o que mais
contribuiram. Já a potência do micro-ondas foi a
que mais fortemente influenciou na retirada de
extraíveis da amostra.
TABELA 2. Efeito do pré-tratamento com
solução aquosa de hidróxido de sódio a 5%
(m/v) para retirada de açúcares da espécie
forrageira Brachiaria decumbens cv. Basilisk.
Exp. (E)
Extraíveis Hemicelulose Lignina Celulose Brix
E9
3,3
41,7
28,6
26,3
9,1
E10
5,8
31,0
48,3
14,9
10,6
E11
27,7
20,6
19,1
32,6
11,2
E12
2,8
10,5
17,4
69,3
14,5
E13
1,3
18,6
37,2
42,9
9,0
E14
0,1
13,0
9,9
77,1
9,0
E15
2,7
19,6
18,0
59,8
8,9
E18
1,3
14,6
15,4
68,7
9,5
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A celulose teve seus maiores teores
nos experimentos 12, 14 e 16, sendo que
dentre eles destacou-se o experimento 14 ao
qual obteve o menor índice de lignina, que é
um dos principais interesses neste trabalho,
uma vez que facilitará a atuação da enzima na
hidrólise da celulose.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alvira, P.; Tomás-Pejó, E; Ballesteros, M.;
Negro, M.J. Pretreatment technologies for an
efficient bioethanol production process based
on enzymatic hydrolysis: an overview.
Bioresource Technology, 101, 4851-4861,
2010.
CONCLUSÃO
A partir dos resultados obtidos,
conclui-se que se obteve maior teor celulósico
quando
submetemos
o
material
a
concentrações altas (5%), seus percentuais
mantiveram-se ainda mais elevados quando a
potencia era máxima (20%). A razão líquidosólido não foi significante, nem o tempo de
irradiação no micro-ondas. Em escala
industrial
essa
insignificância
seria
interessante pois proporcionaria a economia
na energia e reagentes para a liberação dos
açúcares fermentáveis.
AGRADECIMENTOS
Agradecimentos ao Instituto Federal
Goiano e ao CNPq por viabilizarem a execução
desse projeto.
Lin, L.; Yan, R.; Liu, Y.; Jiang, W. In-depth
investigation of enzymatic hydrolysis of
biomass waste based on three major
components: Cellulose, hemicellulose and
lignin. Bioresource Technology, 101, 82718223, 2010.
Mosier, N.; Wyman, C.; Dale, B.; Elander, R.;
Lee, Y. Y.; Holtzapple, M. Ladish, M.
Features of promising technologies for
pretreatment of lignocellulosic biomass.
Bioresource Techonology, 96, 673-686, 2005.
Xue, B-L.; Li, M-F.; Xu, F.; Sun, R-C.; Jones,
G. Microwave-enhanced alkali treatment of
Pinus
yunnanensis:
Physicochemical
characterization
of
dissolved
lignins.
Industrial Crops and Products, 36, 209-216,
2012.
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