Determination of kinetic data of sugarcane bagasse deslignification and of the enzymatic hydrolysis with pretreatment with calcium hydroxide

O objetivo deste trabalho foi a otimização do pré-tratamento de bagaço de cana com hidróxido de cálcio para facilitar a hidrólise enzimática posterior visando a produção de etanol de segunda geração, além da obtenção de dados cinéticos experimentais na etapa do pré-tratamento e de hidrólise enzimática para posteriores estudos de modelagem. O pré-tratamento foi realizado de acordo com um planejamento composto central 23,com o objetivo de avaliar a influência do tempo de pré-tratamento (h), temperatura (°C) e concentração de hidróxido de cálcio (p/p) na liberação de açúcares após hidrólise. A máxima produção de glicose foi de 228,45 mg/g biomassa seca, correspondentes a 409,9 mg/g de biomassa seca de açúcares redutores totais (ART), com o pré-tratamento realizado a 90 °C, durante 90 h e com uma carga de cal de 0,4 g/g biomassa seca. A cinética do pré-tratamento foi obtida para diferentes temperaturas (60, 70, 80 e 90°C) e um modelo cinético foi determinado para a deslignificação do bagaço com cal como uma função da temperatura. A energia de ativação da reação de deslignificação foi estimada como 31,47 kJ/mol. A determinação dos dados cinéticos durante a hidrólise enzimática foi realizada com bagaço pré-tratado nas condições ótimas, variando a carga de sólidos de 1 a 5% (p/v), com uma concentração fixa de enzima de 500 FPU/L de celulase e 500 CBU/L de ß-glicosidase. Os resultados mostraram rendimentos glicosídicos próximos aos estequiométricos para a carga de sólidos de 1%. Experimentos adicionais foram realizados fixando a concentração de bagaço em 3% e variando as concentrações de celulase e ß-glicosidase de acordo com um planejamento 22 + configuração composto central. Esta análise mostrou que o aumento das concentrações de celulase e ß-glicosidase tiveram efeito positivo até 475 FPU/L e 750 CBU/L, respectivamente, e a partir deste ponto um aumento das concentrações resultou em uma diminuição de rendimentoThe objective of this work was the optimization of the pretreatment of sugarcane bagasse with calcium hydroxide to enhance the subsequent enzymatic hydrolysis aiming at the production of second generation ethanol, as well as the determination of experimental kinetic data of the pretreatment stage and of the enzymatic hydrolysis for posterior modeling studies. The pretreatment was performed, according to a 23 central composite design, in order to evaluate the influence of pretreatment time (h), temperature (°C) and calcium hydroxide concentration (Ca(OH)2).The maximum glucose yield was 228.45mg/g raw biomass, corresponding to 409.9 mg/g raw biomass of total reducing sugars (TRS), with the pretreatment performed at 90 °C, for 90 h and with a lime loading of 0.4g/g dry biomass. Kinetic data of the pretreatment were obtained for different temperatures (60, 70, 80 and 90 °C) and a kinetic model for bagasse delignification with lime as a function of temperature was determined. The kinetic model was empirically established as a first-order reaction corresponding to the bulk phase for pretreatment time up to 108 h. The activation energy for the delignification reaction was estimated at 31.47 kJ/mol. The kinetic data of the enzymatic hydrolysis were obtained with bagasse pretreated in the optimal conditions, varying solids loading from 1 to 5% (m/v) with 500 FPU/L of cellulase and 500 CBU/L of ß-glucosidase. The results show that glycosidic yields next to the stoichiometric are attained for solids loading of 1%. Additional experiments were performed fixing the bagasse concentration at 3% and varying celulase and ß-glucosidase concentrations according to a 22 + star configuration factorial design. This analysis shows that an increase in the concentrations of cellulase and ß-glucosidase have a positive effect until up to a point and from this point up (475 FPU/L and 750 CBU/L, respectively), increasing concentrations resulted in a decrease in the yiel