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Tipo do documento: Dissertação
Título: Otimização do pré-tratamento da palha da cana-de-açúcar com ácido sulfúrico e hidrólise enzimática para obtenção de açúcares fermentescíveis
Título(s) alternativo(s): Optimization of the pre-treatment of sugarcane straw with sulfuric acid and enzymatic hydrolysis to obtain fermentable sugars
Autor: GOMES, Vagner Marcelo 
Primeiro orientador: LOPES, Melina Savioli
Primeiro coorientador: SOUSA, Rogério Adelino de
Primeiro membro da banca: HIRATA, Daniela Battaglia
Segundo membro da banca: TOVAR, Laura Plazas
Resumo: 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.
Abstract: The present work proposes the optimization of acid pretreatment followed by enzymatic hydrolysis of sugarcane straw for a second generation of second generation ethanol. For this, pretreatment of the lignocellulosic material was performed with a liquid solid ratio of 0.5: 10 in dilute solution of sulfuric acid. In the proposed experimental design - a rotational composite central delineation (RCCD) 2² where four tests were included in the axial conditions and three repetitions in the central point, the factors evaluated in the optimization were: sulfuric acid solution concentration (0.10 - 2, 90 % m/v) and pretreatment time performed in a vertical autoclave at 120 ° C and 1 Kgf/cm² for 14-55 minutes. The response variables defined for the optimization were: the glucose mass released as a function of the initial sugar cane straw mass of the pre-treatment, and the concentration of soluble solids released measured in degrees Brix (°B). The results showed that the optimized condition for the release of glucose and also soluble solids was the condition of sulfuric acid at 2.0 % w/v concentration with time of 40 minutes in autoclave, where a concentration of 0.194 g glucose/g sugar cane straw and 3.2 °B. Statistical analysis showed that the concentration of sulfuric acid (linear and quadratic) and autoclave time (linear and quadratic) were statistically significant (by p-value analysis) in a 95 % confidence interval for the mass response variable glucose per sugarcane straw mass; while for the soluble solids concentration variable, only the concentration of sulfuric acid (linear and quadratic) was statistically significant. In addition, the ANOVA (analysis of variance) analysis showed that the predicted model is statistically significant with R² of 96.77 % for the variable mass response of glucose by sugar cane straw mass, and 92.59 % for the soluble solids concentration variable. It was also observed that the calculated F for the two response variables is larger than the table F, confirming in both cases the significance of the proposed mathematical models. In the enzymatic hydrolysis carried out with the commercial enzyme Celluclast® 1,5L with a load of 15 FPU/g of biomass, a digestibility of 68.71 % of the sugarcane straw cellulose used was verified, whereas 35.59 % of the biomass total cellulose was converted to glucose. Thus, it was concluded that the sulfuric acid concentration is the factor with the greatest impact on the conversion of sugarcane straw to fermentable sugars and also on the release of soluble solids in the pre-treatment stage. In enzymatic hydrolysis, the overall yield of cellulose to glucose obtained was 35.59 % due to the low concentration of β-glycosidases in the enzyme used.
Palavras-chave: Engenharia Química.
Etanol.
Cana-de-açúcar.
Ácido sulfúrico.
Hidrólise.
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: GOMES, Vagner Marcelo. Otimização do pré-tratamento da palha da cana-de-açúcar com ácido sulfúrico e hidrólise enzimática para obtenção de açúcares fermentescíveis. 2018. 74 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1197
Data de defesa: 7-Fev-2018
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