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Tipo: Tese
Título: Valorização da poda da vide e da casca da castanha: pré-tratamento e hidrólise enzimática da celulose
Autor(es): Maciel, Tatiane Cavalcante
Orientador: Rodrigues, Sueli
Coorientador: Rodrigues, Ligia Raquel Marona
Palavras-chave: Engenharia química;Polímeros;Lignina;Acid pretreatment;Alkaline pretreatment;Vine pruning;Chestnut shell
Data do documento: 2017
Citação: MACIEL, T. C. Valorização da poda da vide e da casca da castanha: pré-tratamento e hidrólise enzimática da celulose. 2018. 88 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Resumo: A biomassa lignocelulósica, fonte de carbono renovável mais abundante no mundo, é constituída majoritariamente por polímeros de lignina, hemicelulose e celulose. Esses materiais são resíduos de outros processos de produção e são ricos em açucares. Por isso, vários estudos sobre o reaproveitamento desses materiais em bioprocessos têm sido realizados no mundo todo. O objetivo do presente estudo foi avaliar as melhores condições para fracionar a poda da vide e a casca da castanha com o objetivo de permitir o acesso da celulose a ação de enzimas celulases. Os materiais tratados foram submetidos à hidrólise enzimática com as enzimas Cellic® CTec2 e Novozyme 188 a fim de avaliar a eficácia dos processos. O pré-tratamento da poda da vide foi realizado em duas etapas, a primeira com ácido sulfúrico diluído e a segunda com NaOH. No tratamento com ácido (1,5% de H2SO4) realizado a 120 ºC, durante 30 minutos, a maior quantidade de hemicelulose foi solubilizada. Essa condição foi selecionada para a realização da próxima etapa. Na deslignificação, dentre as condições testadas, a maior remoção de lignina (63,8%) ocorreu no tratamento com 3,0% de NaOH e 120 ºC (sem agitação durante 60 minutos). No entanto, o maior rendimento em glicose obtido a partir da hidrólise enzimática (com as enzimas comerciais) ocorreu no material tratado com 2,0% de NaOH a 100 ºC sem agitação. Sendo possível concluir que nem sempre o material com menor conteúdo de lignina, resultará nos maiores rendimento na hidrólise enzimática. O outro resíduo utilizado nesse estudo, a casca da castanha, foi submetido apenas à deslignificação com NaOH em diferentes combinações de temperatura e concentração do álcali. No ensaio realizado à temperatura de 100 ºC com 2,0% de NaOH sob agitação, a lignina foi quase completamente solubilizada (94,3%). O menor teor de lignina removida foi 75% e ocorreu quando o material foi tratado com 1,0% de NaOH, 60 ºC durante 1 hora (condição mais branda dentre aquelas que foram testadas). Por isso, os materiais obtidos em todas as condições de tratamento testadas foram submetidos à hidrólise enzimática com enzimas comerciais. Os valores dos rendimentos em glicose obtidos após 72 horas de hidrólise não apresentaram diferença significativa entre si segundo o teste de Tukey. Deste modo, o tratamento realizado com 1,0% de NaOH a 60 ºC foi selecionado e nessas condições foi possível obter 86% de glicose. Com esses resultados foi possível observar que nem sempre as condições de tratamento que removem mais hemicelulose e/ou lignina serão as mais interessantes para o fim que se deseja. Dependendo da mudança ocorrida no material e das enzimas empregadas, condições mais brandas de tratamento podem proporcionar resultados satisfatórios. Portanto, ficou clara a importância de avaliar em conjunto os dados da hidrólise da celulose e do pré-tratamento na seleção das melhores condições de tratamento. Os resultados obtidos pela análise clássica recomendada pelo NREL para ambos os materiais foram corroborados por MEV em que se mostrou claramente a remoção de lignina e a exposição da estrutura celular interna na biomassa.
Abstract: The lignocellulosic biomass represents the carbon source renewable most abundant in the world, being constituted by polymers of lignin, hemicellulose and cellulose. In the last yeares, these materials has received more attention because are rich in sugars and most part they are residues from other production processes. For this reason, the numbers of researches with the objective of fractionate them and apply their constituents in the production of products high added value has grown in around the world. The sugars released from biomass can be employed as carbon source, in the production of antibiotics, amino acids, enzymes and biochemicals as biofuels.The fractionate of the biomass occurs through pretreatments that can to be chemical, phisical, phisical-chemical and biological. Because of complexity these materials there is no single pretreatment that are equally efficient for all them. Therefore, studies to check which the treatment most indicated for the each material or for a specific application must be performed. In this work, two residues, the vine pruning and chestnut shell were selected. The objective was to define the best conditions for to remove hemicellulose and lignin in these materials, and the residues treated were hydrolyze with commercial enzymes Cellic® CTec2 e Novozyme 188 in order to assess the efficacy of the processes. In the delignification, among conditions tested, the higher removal of lignin (63.8%) occurred in the material treated with 3.0% of NaOH and 120 ºC (without agitation during 60 minutes). However, the most yield in glucose was obtained from enzymatic hydrolysis of the vine pruning treated with 2.0% of NaOH and 100 ºC (without agitation during 60 minutes). It could be concluded that do not always the material with lower content of lignin result in higher yields in glucose. The chestnut shell was the other residue utilized in this work. It was subbmited only the delignification with NaOH in differents combinations of temperature and concentration. In the assay performed at 100 ºC with 2.0% of NaOH under agitation, the lignin was almost completely removed (94.3%). The lower amount of lignin (75%) removal with treatments occured when the material was subbmited at 1.0% NaOH, 60 ºC during 1 hour. Therefore, the materials obtained in all conditions were subjected at enzymatic hydrolysis with commercial enzymes. The yields quantified in glucose after 72 hours of hydrolysis not showed difference significative in accordance Tukey’s test. For this reason, the treatment performed with 1.0% of NaOH and 60 ºC was chosen. With these results was to possible that confirm the importance of the enzymatic hydrolysis data in the evaluation of efficiency of lignocellulosic material pretreatment, because not always the conditions that removed the highest quantify of lignin or hemicellulose are the most interesting. Depending on the change occured in material and the enzymes employed, the mild conditions may provide satisfactory performance. The results obtained by the classical analysis recommended by NREL were corroborated by eletronic microscopy in which it is clearly shown the lignin removal and the exposure of the internal vegetal cell structure in the biomass.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50427
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