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Título: Pré-tratamento de resíduos agroindustriais com enzimas ligninolíticas para produção de bioetanol
Título(s) alternativo(s): Pretreatment of agroindustrial waste with ligninolytic enzymes for bioethanol production
Autor(es): Matei, Jéssica Crecencio
Orientador(es): Maciel, Giselle Maria
Palavras-chave: Bagaço de cana
Álcool
Fungos
Hidrólise
Cascas
Engenharia ambiental
Bagasse
Alcohol
Fungi
Hydrolysis
Bark
Environmental engineering
Data do documento: 23-Set-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: MATEI, Jéssica Crecencio. Pré-tratamento de resíduos agroindustriais com enzimas ligninolíticas para produção de bioetanol. 2018. 99 f. Dissertação (Mestrado Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.
Resumo: Em 2017 foram produzidas ao redor do mundo, aproximadamente, 515 milhões de toneladas de bagaço de cana e 102 milhões de toneladas de cascas de arroz. Estes resíduos podem ser utilizados para produção de etanol de segunda geração, pois a celulose existente na composição de ambos pode ser hidrolisada e, então, fermentada. Contudo, é necessário um tratamento nas biomassas para reduzir a barreira de lignina presente, sem gerar componentes tóxicos. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicação de um pré-tratamento biológico, com extratos enzimáticos produzidos por fungos da podridão branca, em bagaço de cana-deaçúcar e casca de arroz, para posterior sacarificação e fermentação. Os fungos estudados foram: Trametes sp., Pleurotus pulmonarius, Ganoderma lucidum, Inonotus splitgerberi, Perenniporia sp. e Aurantioporus pulcherrimus. A produção dos extratos enzimáticos foi realizada em um meio nutritivo com incorporação de indutores naturais de enzimas ligninolíticas (casca de arroz ou bagaço de cana). Os cultivos foram realizados a 28°C em estufa, durante 7 dias e a atividade das enzimas foi determinada por análises colorimétricas. Os melhores resultados de produção enzimática foram alcançados por Trametes sp., com atividade máxima de 9467,8 U/L de lacase produzida na presença de cana, e Pleurotus pulmonarius, que apresentou 5099,9 U/L desta enzima com casca de arroz. Posteriormente, os extratos enzimáticos obtidos pelo Trametes sp., contendo lacase como principal enzima ligninolítica, foram aplicados nos resíduos de cana ou arroz em conjunto com outros fatores (hidroxibenzotriazol, Tween 80, tampão acetato de sódio, peróxido de hidrogênio, 2,6-dimetoxifenol e ácido 4-hidroxibenzóico) para um tratamento de 48 horas, a 28°C sob agitação de 130 rpm. Em seguida, os produtos oriundos do pré- tratamento foram sacarificados, durante 72 horas a 50°C, com o coquetel enzimático Cellic Ctec2 (Novozymes). A determinação de sacarídeos foi realizada através do ácido 3,5-dinitrosalicilíco. O tratamento enzimático contendo todos os fatores resultou em 0,22 g/L e 0,30 g/L de açúcares, no bagaço de cana e na casca de arroz, respectivamente, correspondendo a pelo menos o dobro do valor do controle (tratado somente com água fervente). Para este mesmo tratamento, a sacarificação aumentou a concentração de açúcar em mais de 9 vezes quando comparado com o controle, resultando em 4,07 g/L de açúcares no substrato de cana e 3,39 g/L no resíduo de arroz. A fermentação com o hidrolisado da cana foi realizada a 28°C em um período de 36 horas para dois isolados de Saccharomyces cerevisiae. Os rendimentos observados foram de 5,30 e 4,64 gramas de açúcar por grama de etanol, com uma produtividade em torno de 0,5 g/(L.h), obtendo-se 18,62 e 16,02 g/L do álcool etílico ao final do processo fermentativo.
Abstract: In 2017 approximately 515 million tons of sugarcane bagasse and 102 million tons of rice husks were produced around the world. These residues can be used for the production of second generation ethanol, as the cellulose present in the composition of both can be hydrolyzed and then fermented. However, a treatment in the biomass is necessary to reduce the present lignin barrier, without generating toxic components. In this way, the objective of this work was to evaluate the application of a biological pretreatment with enzymatic extracts produced by white rot fungi, in sugarcane bagasse and rice husk, for saccharification and fermentation. The fungi studied were: Trametes sp., Pleurotus pulmonarius, Ganoderma lucidum, Inonotus splitgerberi, Perenniporia sp. and Aurantioporus pulcherrimus. The production of enzymatic extracts was carried out in a nutrient medium incorporated of natural inducers of ligninolytic enzymes (rice husk or sugarcane bagasse). The cultures were incubated at 28°C in static condition for 7 days and the activity of the enzymes was determined by colorimetric analysis. The best results were obtained by Trametes sp., with a maximum activity of 9.467,8 U/L of laccase produced in the presence of sugarcane, and Pleurotus pulmonarius, which presented 5.099,9 U/L of this enzyme with rice husk. Subsequently, the enzymatic extracts obtained by Trametes sp., containing laccase as the main ligninolytic enzyme, were applied to cane or rice wastes together with other factors (hydroxybenzotriazole, Tween 80, sodium acetate buffer, hydrogen peroxide, 2,6-dimethoxyphenol and 4-hydroxybenzoic acid) in a treatment at 28°C, 48 hour under stirring at 130 rpm. Then, the products from the pre treatment were saccharified, for 72 hours at 50°C, with the enzymatic cocktail Cellic Ctec2 (Novozymes). The determination of saccharides was performed by 3,5- dinitrosalicyclic acid. The enzymatic treatment containing all factors resulted in 0.22 g/L and 0.30 g/L of sugars, in sugarcane bagasse and rice husk, respectively, corresponding to at least double the value of the control (treated only with boiling water). In this same treatment, the saccharification increased the sugar concentration by more than 9 times when compared to the control, resulting in 4.07 g/L sugars in the cane substrate and 3.39 g/L in the rice residue. Fermentation with cane hydrolyzate was performed at 28°C during 36 hours for two isolates of Saccharomyces cerevisiae. The yields observed were 5.30 and 4.64 grams of sugar per gram of ethanol, with a productivity around 0.5 g/(L.h), yielding 18.62 and 16.02 g/L of the alcohol at the fermentation process end.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3816
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