Determination of kinetics data of the pretreatment of sugarcane bagasse with alkaline hydrogen peroxide and subsequent enzymatic hydrolysis

O objetivo deste trabalho foi obter dados experimentais da cinética de pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino e da cinética de hidrólise enzimática posterior do bagaço de cana-de-açúcar. O pré-tratamento foi realizado nas condições determinadas como ótimas para este processo com concentrações de 8% (m/m) de bagaço, 11% (v/v) de peróxido de hidrogênio e pH igual a 11,5. Os dados experimentais para o pré-tratamento foram obtidos nas temperaturas de 25, 45 e 65ºC, analisando-se os teores de lignina, celulose e hemicelulose em função do tempo de pré-tratamento. À 25ºC houve menor deslignificação em relação à 65ºC, mas não houve degradação da celulose. A hidrólise enzimática foi realizada com bagaço pré-tratado usando celulase de T. reesei e ß-glicosidase de A. Niger a 50ºC. No primeiro ciclo de experimentos, a massa de bagaço foi variada entre 1 e 5 g com volume reacional fixo em 100 mL, correspondendo às concentrações de 1 e 5% de bagaço (m/m). As concentrações de celulase e ß-glicosidase foram mantidas fixas em 500 FPU/L e 500 CBU/L, respectivamente. A carga enzimática fixa dificultou a transferência de massa e adsorção das enzimas, por isto, resultados menos satisfatórios foram observados para os ensaios com maior concentração de bagaço. Experimentos adicionais foram realizados fixando-se a massa de bagaço em 3% (m/m) e variando-se as concentrações de celulase e ß-glicosidase de acordo com um planejamento 22 + configuração estrela. Os resultados reafirmaram que a ação das enzimas sobre o substrato ocorre de forma sinérgica. Nos experimentos para avaliação da hidrólise enzimática, as concentrações de celobiose, glicose, xilose e arabinose são mostradas em função do tempoThe objective of this work was to obtain experimental data of the kinetics of pretreatment with alkaline hydrogen peroxide and of the kinetics of the subsequent enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse. The pretreatment was performed in the conditions determined as optimal for this process with concentrations of 8% (w/w) of bagasse, 11% (v/v) of hydrogen peroxide and pH of 11,5. The experimental data were obtained at temperatures of 25, 45 e 65°C, analyzing the concentrations of lignin, cellulose and hemicellulose were analyzed as functions of pretreatment time. At 25°C was observed lower delignification when compared to the 65°C, but not occurred degradation of cellulose. The enzymatic hydrolysis was performed with pretreated bagasse using celulase from T. reesei and ß- glicosidase from A. Niger at 50 ºC. In the first round of experiments, bagasse mass was varied from 1 to 5 g with fixed reactional volume of 100 mL, corresponding to concentrations of 1 to 5% of bagasse (w/w). The concentrations of celulase and ß- glucosidade were fixed in 500 FPU/L and 500 CBU/L, respectively. The enzyme loading fixed difficult the transfer of mass and the adsorption of the enzymes, therefore, less satisfactory results were observed for tests with higher concentration of bagasse. Additional experiments were performed fixing bagasse mass at 3% (w/w) and varying celulase and ß- glucosidade concentrations according to a 22 + star configuration factorial design. The results confirmed that the action of enzymes on the substrate occurs in a synergistic way. In the experiments for enzymatic hydrolysis, the concentrations of celobiose, glucose, xylose and arabinose are shown as functions of time. Key-words: Hydrogen peroxide, pretreatment, hydrolysis, sugarcane bagass