Sugarcane bagasse pretreatment with supercritical carbon dioxide aiming enzymatic hydrolysis

A utilização de biomassa para a produção de etanol de segunda geração é de grande importância para o setor energético mundial, no entanto o uso do bagaço de cana excedente nas usinas sucro-alcooleiras depende de um pré-tratamento para criar condições necessárias para a hidrólise enzimática. O objetivo deste trabalho foi avaliar a composição estrutural das frações de bagaço e a influência da umidade, temperatura e pressão na conversão em açúcares antes e após o pré-tratamento com CO2 supercrítico. Os experimentos de caracterização e hidrólise enzimática das frações de bagaço foram desenhados por um planejamento experimental fatorial completo 23 com triplicata no ponto central. A remoção de hemicelulose no pré-tratamento aumentou consideravelmente o teor de celulose nas frações de fibra (retida na peneira 48 mesh da série Tyler) e de medula. Verificou-se para condição de 60ºC e 250 bar, um aumento máximo de aproximadamente 50 % (umidade de 0 % em base seca) e de 30 % (umidade de 100 % em base seca) no teor de celulose nas frações de fibra e medula, respectivamente. O melhor resultado da conversão em glicose da fração de fibra (7,7 g/L) foi para um teor de umidade igual a 0 % (base seca) em 24 horas de hidrólise enzimática, para a condição de 40ºC e 100 bar no pré-tratamento, com aumento de 16 % em relação à fração fibra sem pré-tratamento no mesmo tempo. O melhor resultado da conversão em glicose da fração de medula (8,2 g/L), foi para um teor de umidade igual a 100 % (base seca), para 60ºC e 100 bar, em 48 horas de hidrólise enzimática com um aumento de 16 % em relação à fração de medula sem pré-tratamento no mesmo tempo. Análises de difratometria de raios X mostraram alterações na cristalinidade da celulose para ambas as frações e a determinação da área superficial mostrou um aumento na quantidade de poros após o pré-tratamento. Verificou-se também a ausência do composto inibidor hidroximetilfurfural (HMF) nas frações de fibra e medula.The use of biomass for second generation ethanol production is very important to the global energy sector, however, the use of sugarcane bagasse surplus in the sugar and alcohol plants depends on a pretreatment to create necessary conditions for enzymatic hydrolysis. The aim of this study was to evaluate the structural composition of bagasse fractions and moisture, temperature and pressure influence in sugars conversion before and after pretreatment with supercritical CO2. The physical characterization and enzymatic hydrolysis experiments of bagasse fractions were designed by a 23 full factorial design with three replications at the center point. The removal of hemicellulose by the pretreatment increased the cellulose content of fiber (retained in the sieve of 48 mesh Tyler series) and pith fractions. It was found that for 60°C and 250 bar, a increase of approximately 50 % (0 % moisture on a dry basis) and 30 % (moisture of 100 % on dry basis) in cellulose content for fiber and pith fractions, respectively. The best result of glucose conversion for fiber fraction (7,7 g/L) was for moisture content equal to 0 % (dry basis) after 24 hours of enzymatic hydrolysis, for 40°C and 100 bar, with an increase of 16 % compared to the fiber fraction without pretreatment for the same period. The best result of glucose conversion for pith fraction (8.2 g/L) was for moisture content of 100 % (dry basis) after 48 hours of enzymatic hydrolysis, for 60°C and 100 bar, with an increase of 16 % compared to the pith fraction without pretreatment at the same interval. X-ray diffraction analysis exhibited crystallinity changes of cellulose for both fractions and surface area revealed an increase in the pores number after pretreatment. It was also presented the absence of inhibitor compound hydroxymethylfurfural (HMF) for fiber and pith fractions