Pré-tratamento alcalino (NaOH) do bagaço de cana-deaçúcar para a produção de etanol e obtenção de xilooligômeros

O objetivo deste trabalho foi a otimização do pré-tratamento de bagaço de cana in natura e explodido com ácido sulfúrico diluído, água e hidróxido de sódio visando a obtenção de xilooligômeros na fração hemicelulósica e produção de etanol de segunda geração. Os experimentos com o bagaço in natura e explodido com ácido diluído e água respectivamente foram realizados de acordo com a metodologia DCCR (Delineamento Composto Central Rotacional) com duas repetições no ponto central tendo como variáveis resposta: quantidade de xilose (g), concentração de ácido acético e furfural (g/L) e rendimento em xilooligômeros (%). O pré-tratamento com hidróxido de sódio foi realizado com o bagaço in natura de acordo com a metodologia do planejamento fatorial com duas repetições no ponto central com o objetivo de avaliar a influência do tempo de pré-tratamento (t), e concentração de hidróxido de sódio na liberação de açúcares após hidrólise. O Pré-tratamento do bagaço de cana in natura com concentração H2SO4 0,8% v/v, 13 minutos a 100C permitiu 94% de extração de xilana na forma de xilooligômeros, com um mínimo de xilose, furfural e ácido acético se mostrando assim como uma condição de extração favorável para produção de xilooligossacarídeos (XOS). No pré-tratamento do bagaço de cana explodido foi utilizado somente água quente devido a já existência de ácido acético, devido ao fato do bagaço explodido já ter sido submetida a um processo de pré-tratamento de auto-hidrolise na usina. Na condição de lavagem com água na relação 1:5 (m/v) por 5 minutos a 70 C permitiu a extração de 70% de xilose do bagaço que já se encontrava solubilizada no material, desta fração 45% se encontrava na forma de oligômeros. Essa se condição é desfavorável para produção de XOS pois é grande a produção de monômero (xilose), sendo necessária uma etapa de purificação que é muito onerosa. Se o etanol for o produto final desejado é preciso um leve aumento nas condições do pré-tratamento para maior produção de xilose, por etapa de hidrólise pela enzima xilanase ou utilizando ácido como catalisador. Para o pré-tratamento do bagaço in natura os primeiros experimentos se mostraram inconcludentes para a obtenção de uma correlação entre tempo e quantidade de NaOH utilizado nos rendimentos de hidrólise e fermentação. Com o planejamento fatorial obteve-se para 7% NaOH 30 min. 75,3% de eficiência de hidrólise com uma máxima produção de glicose de 61,4 g/l e eficiência de 90% de fermentação com uma média de produção de 20g/L de etanol e para 4% NaOH 60 min 60 min. uma solubilização da xilana do bagaço in natura de 65%, com 55% na forma oligomérica.Os materiais foram caracterizados quimicamente e fisicamente antes e após as etapas de pré-tratamento mostrando a abertura e a melhor disponibilidade das fibras para o processo enzimático.The aim of this study was to optimize the pretreatment of sugarcane bagasse raw and exploded with diluted sulfuric acid, water and sodium hydroxide in order to obtain Xylooligosaccharides in hemicellulose and production of second generation ethanol. The experiments with sugarcane bagasse and exploded with diluted acid and water respectively were performed according to the methodology CCRD (Central Composite Rotatable Design) with two replications at the center point response variables were: amount of xylose (g), acid concentration acetic acid and furfural (g / l) and xyllo-oligomers yield (%). Pretreatment with sodium hydroxide was carried out with sugarcane bagasse according to the methodology of factorial design with two replications at the central point in order to evaluate the influence of time of pretreatment (t), and hydroxide concentration sodium in the release of sugars after hydrolysis. The pretreatment of sugarcane bagasse with fresh H2SO4 concentration 0.8% v / v, 13 minutes at 100 C allowed 94% extraction of xylan in the form of scyllo-oligomers, with a minimum of xylose, furfural and acetic acid showing as a condition favorable for the extraction of XOS production. The pretreatment of sugarcane bagasse was used only blown hot water already there due to acetic acid, due to the fact that exploded bagasse have already undergone a process of pre-treatment self-hydrolysis at the plant. Provided by washing with water in the ratio 1:5 (w / v) for 5 minutes at 70 C allowed the extraction of 80% xylose from bagasse which was already dissolved in the material, this fraction was 62.5% in the form oligomers. If this condition is unfavorable for the production of XOS is great because the production of monomer (xylose), which required a purification step which is very costly. If ethanol is the desired end product is a slight increase in the need of pretreatment conditions for improved xylose production by hydrolysis step by the enzyme xylanase or using acid as catalyst. For the pretreatment of sugarcane bagasse early experiments proved inconclusive for obtaining a correlation between the length, amount of NaOH used in the hydrolysis and fermentation yields. With the experimental design was obtained for 7% NaOH, 30 minutes (min.) 76% of hydrolysis efficiency with a maximum production of glucose 62 g / l and 90% efficiency of fermentation with an average yield of 20g / L ethanol. The materials were characterized chemically and physically before and after the stages of pretreatment showing the openness and better availability of fibers for the enzymatic process