Synergy between chemical additives and pretreatments of sugarcane biomass favoring enzymatic hydrolysis and production of fuel ethanol

• Autor(a) principal: Schmatz, Alison Andrei [UNESP]
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/204238
• topic: Fermentation; Cellulosic ethanol; Sugarcane; Biomass energy; Cellulosic biodegradation; Saccharification; Bioethanol; Pseudo-lignin; Biorefinery; Lignocellulosic biomass; Sacarificação; Fermentação; Bioetanol; Pseudo-lignina; Biorrefinaria; Biomassa lignocelulósica

O bagaço de cana-de-açúcar é matéria-prima na produção de etanol de segunda geração (2G) e produtos de valor agregado com potencial biotecnológico. No entanto, a biomassa precisa de pré-tratamentos para quebrar o complexo celulose-hemicelulose-lignina. Durante os pré-tratamentos ácido e hidrotérmico, pode ocorrer a formação de produtos de degradação de açúcares (tóxico para microrganismos fermentadores), que podem se condensar com fragmentos de lignina formando a pseudo-lignina, prejudicial à hidrólise enzimática. Portanto, este estudo teve como objetivo avaliar a remoção de hemicelulose e lignina da biomassa da cana-de-açúcar durante o pré-tratamento ácido diluído e organosolv com adição de antioxidantes de baixo custo, e suas influências na supressão da formação de inibidores e produção de açúcares fermentáveis na fermentação e sacarificação simultânea (SSF). Diferentes frações da cana-de-açúcar apresentaram diferentes recalcitrâncias. A fração externa apresentou menores rendimentos na hidrólise enzimática e 5 g L-1 de ácido acético no hidrolisado do pré-tratamento ácido. O conteúdo de extrativos e lignina foram identificados como fatores chave contribuindo para a formação de pseudo-lignina. A biomassa parcialmente deslignificada e pré-tratada com ácido apresentou rendimentos de aproximadamente 90% de conversão de celulose na hidrólise enzimática (até 12 g L-1). O hidroxibutil tolueno (BHT) demonstrou potencial efeito na remoção de lignina da biomassa no pré-tratamento ácido (121 ° C). Com 50% etanol (v/v), o BHT induziu 10 g 100 g-1 a mais de remoção de lignina. A adição de BHT no pré-tratamento ácido resultou em menor formação de inibidores na fração líquida (0,01 g L-1 de furfural, 0,01 g L-1 de HMF e 0,68 g L-1 de ácido acético) e baixo teor residual de hemicelulose e lignina na biomassa pré-tratada. Todos os 6 compostos químicos (terc-butil hidroquinona; 3-terc-butil-4-hidroxianisol; 3,4,5-trihidroxi benzoato de metila; Tween 20; Tween 80 e dimetilsulfóxido) melhoraram individualmente a remoção de lignina e o rendimento da hidrólise enzimática. O 3-terc-butil-4-hidroxianisol apresentou 71% de remoção de lignina, enquanto o Tween 80 utilizado no pré-tratamento resultou em um material com alta digestibilidade, 98,9% de rendimento de glicose na hidrólise enzimática. Após 48 h de SSF, 17,06 g L-1 de glicose e 15,17 g L-1 de etanol foram observados na biomassa deslignificada e pré-tratada com ácido (DL-PT). A remoção de hemicelulose e lignina resultou em maiores rendimentos de conversão de açúcares. Antioxidantes e surfactantes foram identificados como potenciais removedores de lignina, indicando que podem ser aplicados em processos biotecnológicos.