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Otimização do pré-tratamento da palha da cana-de-açúcar com ácido sulfúrico e hidrólise enzimática para obtenção de açúcares fermentescíveis
(Universidade Federal de Alfenas, 2018-02-07) Gomes, Vagner Marcelo; Lopes, Melina Savioli; Hirata, Daniela Battaglia; Tovar, Laura Plazas
O presente trabalho propõe a otimização do pré-tratamento ácido seguido de hidrólise enzimática da palha da cana-de-açúcar, para uma posterior produção de etanol de segunda geração. Para tal, o pré-tratamento do material lignocelulósico foi realizado com uma relação sólido líquido de 0,5:10 em solução diluída de ácido sulfúrico. No planejamento experimental proposto - um delineamento central composto rotacional (DCCR) 2² onde foram incluídos quatro testes nas condições axiais e três repetições no ponto central, os fatores avaliados na otimização foram: a concentração da solução de ácido sulfúrico (0,10 - 2,90 % m/v) e o tempo de pré-tratamento realizado em autoclave vertical a 120 ºC e 1 Kgf/cm² por 14-55 minutos. As variáveis respostas definidas para a otimização foram: a massa de glicose liberada em função da massa de palha de cana-de-açúcar inicial do pré-tratamento, e a concentração de sólidos solúveis liberados medidos em graus Brix (°B). Os resultados mostraram que a condição otimizada para a liberação de glicose e também sólidos solúveis, foi a condição de ácido sulfúrico a 2,0 % m/v de concentração com o tempo de 40 minutos em autoclave, onde foi obtida uma concentração de 0,194 g glicose/g de palha de cana-de-açúcar e 3,2 °B. As análises estatísticas realizadas demonstraram que a concentração de ácido sulfúrico (linear e quadrático) e tempo de autoclave (linear e quadrático) foram estatisticamente significativos (pela análise do p-valor) em um intervalo de confiança de 95 % para a variável resposta massa de glicose por massa de palha de cana-de-açúcar; enquanto que para a variável concentração de sólidos solúveis, apenas a concentração de ácido sulfúrico (linear e quadrático) foram estatisticamente significativos. Além disso, a análise da ANOVA (análise de variância) demonstrou que o modelo previsto é estatisticamente significativo com R² de 96,77 % para a variável resposta massa de glicose por massa de palha de cana-de-açúcar, e 92,59 % para a variável concentração de sólidos solúveis. Observou-se também que o F calculado para as duas variáveis respostas são maiores que o F tabelado, confirmando em ambos os casos a significância dos modelos matemáticos propostos. Na hidrólise enzimática realizada com a enzima comercial Celluclast® 1,5L com carga de 15 FPU/g de biomassa, foi verificado uma digestibilidade de 68,71 % da celulose da palha da cana-de-açúcar utilizada, enquanto que 35,59 % da celulose total da biomassa foi convertida em glicose. Assim, concluiu-se que a concentração de ácido sulfúrico é o fator com maior impacto na conversão de palha de cana-de-açúcar em açúcares fermentescíveis e também na liberação de sólidos solúveis na etapa do pré-tratamento. Na hidrólise enzimática, o rendimento global de conversão de celulose em glicose obtido foi de 35,59 % devido à baixa concentração de β-glicosidases na enzima utilizada.