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Laboratórios de Desenvolvimento de
Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ

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Produção Científica: Teses de Doutorado

Desenvolvimento de Bioprocesso de Hidrólise Enzimática e Fermentação Simultânea para a Produção de Etanol a partir de Bagaço de Cana-de-Açúcar

Autora: Mariana Peñuela Vasquez
Data da Defesa: 08 de Outubro de 2007
Orientadores: Nei Pereira Jr., PhD e Maurício Bezerra de Souza Jr., DSc
Programa: TPQB - Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da EQ/UFRJ

Resumo

O bagaço de cana-de-açúcar representa o principal material lignocelulósico em países tropicais, com alto conteúdo de carboidratos e baixo teor de lignina.

No Brasil, a cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é um dos mais importantes produtos agrícolas, gerando em um ano, após seu aproveitamento nas usinas, cerca de 91,8 milhões de toneladas de bagaço.

Devido ao alto conteúdo de carboidratos, o bagaço de cana-de-açúcar pode ser empregado para a produção de etanol e/ou outros produtos, dentro do contexto de biorrefinaria. Os materiais lignocelulósicos contêm entre 55 e 75% (em peso seco) de carboidratos; o bagaço de cana-de-açúcar é composto de 38,1% celulose, 28,4% hemicelulose, 18,4% lignina e 15,1% proteínas e cinzas.

A celulose é um biopolímero de glicose unidas por ligações b-(1,4), sendo composta por regiões amorfas e cristalinas. Para conseguir o fácil aceso até a celulose, por parte das enzimas celulolíticas, é necessário que o material lignocelulósico seja submetido a pré-tratamentos, muitos dos quais têm sido avaliados técnica e economicamente visando melhorar a hidrólise enzimática.

Na conversão da celulose a açúcares fermentáveis é empregado um complexo enzimático denominado celulases. Este complexo é composto por 3 tipos de enzimas que atuam sinergicamente: endoglucanases (EC 3.2.1.4), exoglucanases (glucoidrolase EC 3.2.1.74 e celobioidrolase EC 3.2.1.91) e b-glucosidases (EC 3.2.1.21). Freqüentemente, o custo do pré-tratamento e das enzimas empregadas na hidrólise enzimática são ainda o principal obstáculo econômico para a comercialização das tecnologias de conversão de biomassa.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo de sacarificação e fermentação simultâneas (Simultaneous Saccharification and Fermentation, SSF), com a avaliação de diversos fatores que possuem um papel importante neste processo.

Como resultados deste estudo foram obtidos:

  1. as condições ótimas na etapa de pré-hidrólise enzimática (47oC, 25,9 FPU/g de sólido);
  2. condições que indicaram o aumento da produtividade do processo SSF (teor de sólido 20%, 37oC, 2 g/L de células, uréia como a melhor e mais econômica fonte de nitrogênio e um tempo de pré-hidrólise de 10 horas);
  3. não foram encontradas diferenças entre a celulignina obtida na hidrólise ácida que empregou 3% H2SO4 e a que empregou 1% H2SO4, para a obtenção de etanol pelo processo SSF, além de não descobrir diferença no processo quando foram empregados diferentes tamanhos de partícula de celulignina.
  4. Encontrou-se uma mistura de enzimas celulolíticas que melhoraram a hidrólise enzimática do processo.
  5. A quantidade de NaOH e a relação sólido:líquido foram reduzidos na etapa de deslignificação, o que gerou uma diminuição nos custos do processo.
  6. Finalizando, incrementou-se o teor de sólido até 30% alcançando uma concentração final de etanol de 70 g/L.
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