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Título: Estudo do pré-tratamento alcalino em microondas da fibra do caju (Anacardium occidentale L.) seguido de hidrólise enzimática para produção de etanol
Título em inglês: Study of alkaline pretreatment of the fiber in microwave cashew (Anacardium occidentale L.) followed by enzymatic hydrolysis to produce ethanol
Autor(es): Rodrigues, Tigressa Helena Soares
Orientador(es): Gonçalives, Luciana Rocha Barros
Palavras-chave: Engenharia química
Caju - Tratamento
Álcool - Controle da produção
Data do documento: Fev-2010
Citação: RODRIGUES, T. H. S. (2010)
Resumo: Neste trabalho, estudaram-se aspectos do pré-tratamento alcalino em microondas e hidrólise enzimática da fibra do caju para produção de etanol. A primeira etapa do trabalho foi a caracterização da matéria-prima, bagaço de caju, obtendo-se teores de 19,21% ±0,35 de celulose, 12,05%±0,37 de hemicelulose e 38,11% ± 0,08 de lignina. O pré-tratamento do bagaço de caju, anteriormente imerso em solução de hidróxido de sódio até homogeneização, foi conduzido em aparelho de microondas doméstico. Como não foi possível a extração do hidrolisado por filtração após o pré-tratamento, uma alíquota obtida da primeira lavagem para ajuste do pH foi injetada no HPLC, não se identificando concentração apreciável de açúcares. Diante disso, a análise de açúcares foi realizada por HPLC após a hidrólise enzimática do material pré-tratado. As condições de hidrólise enzimática foram fixadas em 2% (m/v) de concentração de sólidos, atividade enzimática de 15 FPU/g de fibra pré-tratada em microondas (CAB-M), pH 5 a 45ºC e 150 rpm. Avaliou-se a influência da concentração do álcali na geração de glicose, após a etapa de hidrólise enzimática, acompanhando-se também os perfis de celobiose e xilose. Os maiores rendimentos de glicose, 76,4 e 72,9 mg.gCAB-M-1, foram obtidas em ambas concentrações de NaOH estudadas, 0,2 e 1,0 M, respectivamente. Neste caso, a digestibilidade de celulose alcançada foi de 33,89%±1,06 e 29,75%±3,10, respectivamente. As maiores concentrações de celobiose foram obtidas na maior concentração de NaOH estudada (1,0 M). Em relação aos níveis de celulose, hemicelulose e lignina, a concentração de 1,0 M . apresentou maior destaque pelo acréscimo na porcentagem de celulose (22,07% ± 1,03), e hemicelulose (14,36% ± 0,44) e redução da porcentagem de lignina para 32,38%±1,86. Estudou-se também, mantendo-se a concentração de NaOH em 1,0 M, a influência da potência das microondas (600 e 900 W) e do tempo de pré-tratamento (15 e 30 minutos). Nestes ensaios, observou-se que o aumento no valor destas variáveis não influenciou nas concentrações de glicose resultantes. Em seguida, realizaram-se ensaios visando o aumento nos teores de açúcares com vistas à fermentação do hidrolisado. As variáveis estudadas foram a concentração de sólidos (2 e 16% m/v) e atividade enzimática (15 e 30 FPU.g-1 CAB-M). Em relação à concentração de sólidos, observou-se um aumento na concentração final de glicose, de 1,5 g.L-1,para 8,8 g.L-1 quando se aumentou o teor de 2 para 16% (m/v). Mantendo-se o teor de sólidos em 16% (m/v), avaliou-se o efeito do aumento na atividade enzimática, obtendo-se uma concentração de glicose 1,8 vezes maior, ou aproximadamente 15 g.L-1, quando se utilizaram 30 FPU/gCAB-M-1. Após a hidrólise enzimática, realizou-se filtração do hidrolisado, ajuste do pH para 4,5-5,0 e esterilização para posterior etapa de fermentação. A fermentação do hidrolisado por Saccharomyces cerevisiae resultou, após 4 horas de fermentação, em concentração de etanol e produtividade de 5,6 g.L-1 e 1,41 g.L-1h-1, respectivamente. Os resultados de eficiência e rendimento foram de 93,44% e 0,48 g Etanol.gGlicose-1, respectivamente. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que o bagaço de caju é matéria-prima interessante para produção de etanol, porém as variáveis do pré-tratamento por microondas precisam ainda ser melhor estudadas visando o aumento da concentração de glicose no hidrolisado obtido após a hidrólise enzimática.
Abstract: In this work, some aspects of microwave alkali (NaOH) pretreatment of CAB (cashew apple bagasse) and its enzymatic hydrolysis were studied to ethanol production. CAB was previously submerged in alkali solution, after that, it was treated in a domestic microwave oven. First biomass composition of CAB was determined, and the percentage of cellulose, hemicelluloses and lignin was, 19,21% ±0.35, 12.05% ±0.37 and 38.11%±0.08, respectively. After the pretreatment, a sample of the liquid fraction, after the first wash, was collected and analyzed by HPLC. Howevwe, no glucose, or any other sugar, was detected. Therefore, the sugars were accomplished after enzymatic hydrolysis of the pretreated material (CAB-M). The conditions of enzymatic hydrolysis were: 2% (m / v) of solid concentration, enzymatic activity of 15 FPU /gCAB-M-1 pH 5, 45°C and 150 rpm. The influence of alkali concentration on glucose production and the cellobiose and xylose profiles was evaluated. Results showed that, after enzymatic hydrolysis, alkali concentration exerted influence on glucose formation, and the best result was achieved in both concentrations studied (0.2 e 1.0 M), 76.4 and 72.9 mg.gCAB-M-1, respectively. In this case, the digestibility of cellulose were 33.89% ± 1.06 and 29.75 ± 3.10%, respectively. The highest cellobiose concentration was achieved when 1.0 M was used, and this condition resulted in the following biomass composition: 22.07% ± 1.03 of cellulose, 14.36% ± 0.44 of hemicelluloses and 32.38 ± 1.86%. of lignin. On the other hand, pretreatment time (15 - 30 minutes) and nicrowave power (600-900 W) exerted no significant effect on hydrolysis. During enzymatic hydrolysis, improvement, on solid percentage 16% w/v) resulted in an increase of glucose concentration from 1.5 gL-1 to 8.8 gL-1. Increasing on enzyme loading (30 FPU.g-1 CAB-M) at 16% w/v, increased glucose concentration to 15 g.L-1. After enzymatic hydrolysis, the liquid fraction was separated by filtration. The pH was adjusted to 4.5-5.0 and the liquid was sterilized for fermentation. The fermentation of the hydrolyzate by Saccharomyces cerevisiae resulted in ethanol concentration and productivity of 5.6 gL-1 and 1.41 gL-1 .h-1, respectively. The results obtained of efficiency and ethanol yield were 93.44% and 0.48 g/g glucose, respectively. The results obtained in this work indicate that cashew apple bagasse is an interesting raw material for ethanol production, however some aspects of microwave alkali pretreatment have to be further investigated to increase glucose concentration after enzymatic hydrolysis.
Descrição: RODRIGUES, T. H. S. Estudo do pré-tratamento alcalino em microondas da fibra do caju (Anacardium occidentale L.) seguido de hidrólise enzimática para produção de etanol. 2010. 69 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/3729
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