Abstract The hydrolysis of lignocellulosic materials resulting in high

V Semana de Tecnologia dos Curso de Biocombustíveis da Faculdade de Tecnologia de Jaboticabal
AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE DESTOXIFICAÇÃO DO HIDROLISADO DE PONTA E
PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR
EVALUATION OF DETOXIFICATION PROCESS IN HYDROLYZATE ON TOPS AND
STRAW OF SUGARCANE
JULIANA PELEGRINI ROVIERO1; LARISSA ALVES DE CASTRO JOCARELLI1; MÁRCIA JUSTINO
ROSSINI MUTTON1.
Câmpus Jaboticabal – Faculdade de ciências Agrárias e Veterinárias (FCAV) UNESP Jaboticabal –SP, Departamento de Tecnologia;
email:[email protected]
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Abstract
The hydrolysis of lignocellulosic materials resulting in high levels of pentose and hexose, and
yeast inhibitor compounds on the must. The aim of the experiment was to evaluate the
efficiency of the combined changes of pH and active carbon adsorption in the process of
detoxification of hemicellulosic hydrolyzate by treatment with sulfuric acid and phosphoric
acid. The experiment was conducted at the Laboratory of Technology of Sugar and Alcohol in
the UNESP/FCAV, Jaboticabal - SP, where the hemicellulosic hydrolyzate was subjected to
pH change combined with activated carbon adsorption. It was determined Brix, total acidity,
pH and phenolic compounds. It was observed the sulfuric acid eliminated bigger phenols and
acids than phosphoric acid, which are inhibitors of the fermentation process.
Keyword: Ethanol. Lignocellulosic biomass. Phenolic compounds.
Introdução
O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, contando com uma área de
8,37 milhões de hectares (CONAB, 2012). A produção nacional de cana-de-açúcar destinada
à indústria sucroalcooleira foi de 571,5 milhões de toneladas na safra 2011/2012, sendo 287,6
milhões toneladas destinadas à produção de etanol, resultando em 154,3 milhões de toneladas
de bagaço (CONAB, 2012).
Da matéria prima até a produção de etanol e açúcar vários resíduos são gerados tais
como ponta, palha e bagaço. Entretanto segundo Albuquerque (2011), todo bagaço resultante
é destinado ao processo de queima para geração de calor e energia para a própria usina, assim
como a palha e ponta da cana que podem ser recolhidas do campo para este fim, no entanto,
em sua grande maioria, permanece no campo.
A cada tonelada de cana, obtém-se aproximadamente 140 kg de bagaço seco,
composto por 43% de celulose, 25% de hemicelulose e 23 % de lignina (RODRIGUES,
2007). A partir destas diferentes frações realiza-se um processo de hidrólise ácida, resultado
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em quebra dos polissacarídeos em monossacarídeo e outras moléculas como ácidos úricos,
furfural, 5-hidroximetilfurfural, fenóis e acido acético.
Para que a fermentação alcoólica se processe a partir de materiais lignocelulósicos,
além dos microrganismos metabolizarem pentoses e hexoses, tem-se a necessidade de
eliminar deste caldo os compostos inibitórios formados no processo de hidrólise, os quais
inibem o processo fermentativo e o rendimento alcoólico (PALMQVIST & HAHNHAGERDAL, 2000).
A fim de eliminar tais compostos, vários estudos têm sido realizados no processo de
destoxificação, que pode ser classificado como: físico e químico (MARTON, 2002).
O tratamento mais utilizado é o ajuste de pH e adsorção de carvão ativado, para a
alteração de pH utilizando-se CaO e o ácido fosfórico. No presente estudo comparou-se o
ácido fósforico com o ácido sulfúrico e prosseguiu-se o processo de destoxificação utilizando
carvão ativado segundo Marton (2002).
Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência do sistema combinado
de alteração de pH e adsorção de carvão ativado proposto por Marton (2002) no processo de
destoxificação do hirolisado hemicelulósico do blend de palha e ponta de cana-de-açúcar,
submetidos ao tratamento com ácido sulfúrico e ácido fosfórico.
Material e Métodos
A presente pesquisa foi realizada na safra 2011/2012, sendo que a ponta e a palha de
cana-de-açúcar foram cedidas por uma unidade de produção da região de Jaboticabal-SP. A
hidrólise deste material foi realizada em Lorena-SP, sendo as avaliações do processo de
destoxificação realizadas no Laboratório de Tecnologia do Açúcar e Álcool na UNESP/
FCAV, Jaboticabal-SP.
A hidrólise da ponta e palha foi realizada à temperatura de 121 °C, por 10 minutos,
empregando-se a metodologia proposta por Moraes (2008). Foram comparados o ácido
fósforico com o ácido sulfúrico no processo de destoxificação procedida da utilização de
carvão ativado segundo Marton (2002).
Para o processo de destoxificação do caldo hidrolisado hemicelulósico obtido foram
realizadas alterações de pH combinado a absorção de carvão ativo. Primeiramente, o pH foi
elevado a 7,0 com adição de CaO, seguida da redução com H3PO4 para o pH a 4,0, logo após
foi adicionado o carvão ativado na proporção 1% (p/v). A absorção do carvão ocorre em
temperatura de 50°C, sob um tempo de 30 minutos (MARTON, 2002).
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Em comparação com a outra fração do caldo hidrolisado hemicelulósico foi
destoxificado utilizando o sistema combinado com a alteração de pH para 7,0 como descrito
anteriormente, seguida por um alteração de pH para 4,0 com H2SO4. A adsorção de carvão
ativado ocorreu como já descrito. O Brix foi determinado por refratômetria a 20 °C
(SCHENEIDER, 1979), a acidez total do caldo foi determinado de acordo com Copersucar
(2001), o pH foi determinado por leitura direta em medidor digital com correção de
temperatura. A concentração dos fenóis foi determinada pelo método de Folin & Ciocalteau
(1927).
Resultados e Discussões
Os resultados médios obtidos para Brix, acidez, pH e fenol estão apresentados na
Tabela 01 do caldo hidrolisado concentrado, destoxificado com ácido fosfórico e ácido
sulfúrico.
Tabela 01: Valores médios de Brix, Acidez Total, pH e Compostos Fenólicos no caldo
concentrado, caldo concentrado destoxificado por ácido fosfórico e por ácido
sulfúrico.
Brix
Acidez Total
Compostos Fenólicos
pH
(gH2SO4/L)
(%)
(g/L)
Hidrolisado
12,0
16,66
0,95
13,33
concentrado
12,96
Ácido Fosfórico
11,5
5,24
4,16
(Destoxificado)
Ácido Sulfúrico
10,4
2,64
4,14
12,56
(Destoxificado)
Comparando-se os caldos concentrados com os dois processos de destoxificação
observou-se que para a característica de Brix, empregando o ácido fosfórico que a redução do
Brix do caldo foi menos alterada, do que com a utilização de ácido sulfúrico, sendo de 4,2 %
ácido fosfórico e para ácido sulfúrico de 13,3 %. Em relação à acidez observou-se a remoção
de acidez com o ácido sulfúrico foi de 84,09 %, enquanto que o ácido fosfórico de 68,54 %.
O pH elevou-se, e foi relativamente o mesmo nos dois processos de destoxificação,.
Tal fato é esperado uma vez que, no processo de destoxificação tem-se o reajuste de pH 4,0.
Com relação a concentrações de fenóis observou-se que os menores valores foram
quantificados com o emprego de ácido fosfórico, apresentando uma redução de 2,5 %,
enquanto para o ácido sulfúrico a redução foi de 5,77 %.
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Conclusões
O processo destoxificação do caldo hidrolisado obtido por hidrólise, através da
utilização de ácido sulfúrico eliminou maiores teores de fenóis e ácidos, que são inibidores do
processo fermentativo. O Brix, no entanto, foi menor na destoxificação com ácido sulfúrico.
Com os resultados obtidos, apesar das média apresentarem uma diferença pequena, foi
possível verificar uma melhores resultados no processo realizado com ácido sulfúrico.
Entretanto recomenda-se maiores estudos sobre esse tema.
Referências
ALBUQUERQUE, L. M. Processo de Fabricação de Açúcar. UFPE. 2ª edição. Recife,
2011.
CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento. Disponível em: <www.conab.gov.br>.
Acessado no dia 10 de julho de 2012.
COPERSUCAR. Manual de Controle Químico da Fermentação. CTLA-2. São Paulo,
1988. 46p.
FOLIN, O.; CIOCALTEAU, V. On tyrosine and tryptophane determinations in proteins. The
Journal of Biological Chemistry, v. 73, n.2, p.627-50, 1927.
MARTON, J. M. Avaliação dos diferentes carvões ativados e das condições de adsorção
no tratamento do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana de açúcar para a
obtenção biotecnológica de xilitol. Lorena, 2002. 105p. (Dissertação de Mestrado,
FAENQUIL, USP).
MORAES, E. J. C. Estudo de Viabilidade econômica da produção de xilitol a partir de
hidrolisado hemicelulósico de palha de cevada. Lorena, 2008. 157p. (Tese de Doutorado,
FAENQUIL, USP).
PALMQVIST,E.; HAHN-HÄGERDAL, B. Fermentation of lignocellulosic hydrolysates. I:
inhibition and detoxification. Bioresource Technology, 74, p.17-24, 2000.
RODRIGUES, F. A. Avaliação da Tecnologia de Hidrólise Ácida de Bagaço de Cana.
(Dissertação de Mestrado, UNICAMP). Campinas, 2007.
SCHNEIDER, F. (Ed.) Sugar Analysis ICUMSA methods. 1979. 265p.
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