Pré-tratamento ácido diluído e deslignificação afetam a área superfícial da lignina e a sacarificação enzimática

Abstract

O aproveitamento de resíduos é uma das questões amplamente discutidas no cenário ambiental e econômico no mundo todo. O desenvolvimento de tecnologias que possam dar destinos apropriados a resíduos que seriam descartados de forma imprópria, pode também movimentar a economia com produção de energia e moléculas de valor agregado. O bagaço de cana-de-açúcar é um destes resíduos, utilizado atualmente para a cogeração de energia, agora se apresenta, graças a novas tecnologias desenvolvidas, como uma matéria-prima então empregado para a produção de etanol, polímeros entre outros compostos que possuem valor agregado. Alguns desafios, no entanto, precisam ser superados, a lignina, um dos componentes dessa biomassa como é uma barreira a ação de enzimas que realizam a hidrólise dos polissacarídeos presentes nesse material. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito de pré-tratamentos e seu impacto em diferentes frações da biomassa de cana-de-açúcar. Dois diferentes pré-tratamentos foram empregados, um com ácido sulfúrico diluído (5, 10 e 20 % m/m, a 121°C/30 min), seguindo de uma deslignificação branda com clorito de sódio (30 % m/m, a 70°C/1 h). A área superficial da lignina foi determinada o corante catiônico Azure B em solução de 0,1 g/ml. Hidrólises enzimática (15 FPU/g por 24 h – Cellic Cetec 2 – Novozymes) foi aplicada nos materiais para avaliar o rendimento em glicose. O pré-tratamento ácido diluído removeu até 40% da hemicelulose de todas as frações em estudo. A deslignificação branda com clorito de sódio diminui o teor de lignina nos materiais, originando um material rico em celulose. O corante Azure B permitiu determinar a superfície ocupada pela lignina após o pré-tratamento ácido, e a residual após a deslignificação. A fração e condição com maior área superficial total de lignina foi a folha pré-tratada com ácido a 5 % com 52 m²/g de material. A fração externa apresentou a maior área superficial específica (240 m²/g) após a aplicação de deslignificação. Os resultados indicam que a redução na área superficial da lignina impacta positivamente no rendimento em glicose de hidrólise enzimática.

The reutilization of residues is a contemporary question in the environmental and economic scenario in the world. The development of technologies that could give proper destination to residues that would be discarded, could as well generate income by producing energy and chemical molecules of economic interest. The sugarcane bagasse is one of these sub products, used mostly for energy generation through its burning, presents itself now as an alternative to the production of biofuels due to the development of new strategies and technologies. Some challenges remain nonetheless, lignin, one of lignocellulosic biomass main components acts like a barrier, blocking the interaction between enzymes and the polysaccharides. In this context, the present study aimed to show the effect of two distinct pretreatments and their combination and its impacts in the lignocellulosic biomass digestibility. The pretreatments employed were dilute sulfuric acid (5, 10 and 20 % w/w, at 121°C/30 min), followed by a delignification with sodium chlorite (30 % w/w at 70°C/ 1 h). The lignin surface area was determined by the cationic dye Azure B in solution of 0.1 g/mL. Enzymatic hydrolysis (15 FPU/g for 24 h – Cellic Ctec 2 - Novozymes) of the material was employed to assess the glucose yield. The dilute acid pretreatment removed part of the hemicellulose in all fractions in study. The delignification with sodium chlorite reduced the lignin content in all samples, consequently increasing the overall glucan content. The Azure B dye detected the lignin surface area after the dilute acid pretreatment, and its remaining area after the delignification. The fraction with highest surface area was the leaves pretreated with 5% of diluted acid, resulting in 52 m²/g of material. The external fraction showed the highest specific surface area with 240 m²/g of lignin after the delignification procedure. The results of enzymatic hydrolysis and lignin surface area imply that the reduction of lignin surface area results in an increase in enzymatic hydrolysis for all fractions in study.