Procedures for chemical characterization of sugarcane bagasse: studies for optimization and standardization

Um estudo dos procedimentos para caracterização química do bagaço de cana-de-açúcar é apresentado. O objetivo é quantificar com confiabilidade e economia de consumíveis e energia os componentes majoritários presentes neste tipo de biomassa. A caracterização química do bagaço de cana-de-açúcar é necessária para tomada de decisão em programas de melhoramento genético e para indicação da melhor utilização deste resíduo. Neste trabalho, procedimentos genéricos empregados para a biomassa de diversas espécies, lenhosas ou não, foram ajustados especificamente para a biomassa de cana-de-açúcar. Os procedimentos para determinação de extrativos, lignina solúvel e insolúvel, carboidratos e cinzas foram aplicados para cinco variedades diferentes de cana-de-açúcar. Para a análise de extrativos o tempo de extração foi otimizado com auxílio de planejamentos experimentais. A condição ótima para biomassa de cana-de-açúcar com até 20% de extrativos foi de 11,5 h de extração em água seguida por 9 h em etanol. As porcentagens de extrativos das variedades estudadas variaram de 8,67 a 19,49%. Os procedimentos para determinação de cinzas, lignina insolúvel e solúvel seguiram aqueles já descritos na literatura e as porcentagens encontradas variaram respectivamente de 2,13 a 3,63%; 18,28 a 23,33% e 1,82 a 2,49%. Para análise de carboidratos, um método de separação por cromatografia líquida foi desenvolvido e otimizado para redução do tempo de retenção dos compostos furânicos gerados na hidrólise ácida. A condição ótima indicou uma eluição isocrática da fase móvel com solução aquosa contendo 15% de acetonitrila. Este procedimento reduziu em cerca de 30% o tempo de retenção dos compostos furânicos sem afetar o tempo de retenção dos carboidratos. As porcentagens de glicanas, xilanas e arabinanas na biomassa livre de extrativos, variaram respectivamente de 32,74 a 35,75%; 21,40 a 23,44% e 6,48 a 6,82%. Galactana e manana não foram detectadas. Os resultados de todos os procedimentos apresentaram excelente precisão com desvio padrão relativo variando de 0,54 a 9,02% e valores similares à literatura. Os balanços de massa totais considerando como base a biomassa com extrativos, apresentaram valores entre 89,7 a 92,8%. Estes resultados foram considerados aceitáveis em relação à literatura, visto que as determinações dos grupos acetil e ácidos urônicos não foram realizadas.A study of the procedures for the chemical characterization of sugarcane bagasse is introduced. The objective is to quantify, with reliability and energy savings and consumables, the main components present in this type of biomass. The chemical characterization of sugarcane bagasse is necessary for decision making in genetic breeding programs and for indication of the best use of this residue. In this work, the generic procedures employed for biomass of several species, wood or not, was specifically adapted for biomass of sugarcane. The procedures for the determination of extractives, soluble and insoluble lignin, carbohydrates and ashes was applied to five different varieties of sugarcane. For analysis of extractives, the time of extraction was to optimize with the aid of experimental design. The optimal condition for biomass of sugarcane with up to 20% of extractives was 11.5 h of extraction in water followed by during 9 h in ethanol. The percentages of extractives of the varieties studied ranged from 8.67 to 19.49%. The procedures for determination of ash, insoluble and soluble lignin followed those already described in the literature and the percentages found varied respectively from 2.13 to 3.63%; 18.28 to 23.33% and 1.82 to 2.49%. For carbohydrate analysis, a method of separation by liquid chromatography was developed and optimized to reduce the retention time of the furanic compounds generated in the acid hydrolysis. The optimal condition indicated an isocratic elution of the mobile phase with aqueous solution containing 15% acetonitrile. This procedure reduced the retention time of the furanic compounds by about 30% without affecting the retention time of the carbohydrates. The percentages of glycans, xylans and arabinans in extractive free biomass ranged respectively from 32.74 to 35.75%; 21.40 to 23.44% and 6.48 to 6.82%. Galactana and manana were not detected. The results of all procedures presented excellent accuracy with relative standard deviation ranging from 0.54 to 9.02% and similar values to the literature. The total mass balances considering biomass with extractives was 89.7 to 92.8%. These results were considered acceptable in relation to the literature, since the determinations of acetyl groups and uronic acids were not performed.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio