63ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 12. Engenharia Química

APLICAÇÃO DE ENZIMAS NA HIDRÓLISE DE BAGAÇO DE CANA

Andressa Carneiro dos Santos 1 Vinícius Lipori Lemos 1 Flávio Faria de Moraes 2 Gisella Maria Zanin 3

1. Depto. De Engenharia Química, Universidade Estadual de Maringá – UEM 2. Prof. PhD/Co-orientador – Depto de Engenharia Química - UEM 3. Profa. Dra./Orientadora - Depto.de Engenharia Química – UEM

INTRODUÇÃO:

A biomassa lignocelulósica representa um dos recursos renováveis mais abundantes na terra, e certamente um dos mais baratos, motivo pelo qual a mesma é extensivamente estudada como fonte de energia sustentável para uso industrial. No Brasil a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar é da ordem de 17 bilhões de litros. Essa produção gera um excedente de bagaço entre 6 e 16% após a queima para a cogeração de energia. Esse resíduo é rico em celulose e hemicelulose, que pode ser aproveitada para a produção de bioetanol de 2ª geração. A degradação da biomassa lignocelulósica pode ser realizada pela hidrólise enzimática, ou por hidrólise ácida, devido à maior eficácia a enzimática é objeto de estudo neste trabalho. No Brasil estuda-se a hidrólise enzimática há mais de 30 anos. Com a preocupação causada pela emissão de gases, o efeito estufa, o aquecimento global, as pesquisas foram retomadas e incentivadas. Com a importância do aumento da conversão do bagaço em açúcares fermentescíveis, um complexo enzimático faz-se necessário. Estas enzimas realizam a quebra das hemiceluloses, por isso cada ensaio tem uma mistura diferente de enzimas. O estudo do comportamento desse complexo, variando as cargas enzimáticas e o tempo de reação foi o objetivo principal deste trabalho.

METODOLOGIA:

O substrato utilizado foi o bagaço de cana pré-tratado com ácido sulfúrico 1%, contendo 48,73% de celulose e bagaço in natura (43,49% de celulose). As enzimas foram fornecidas pela Novozymes. A atividade da celulase complex foi determinada em papel de filtro, determinando-se os açúcares redutores produzidos pelo método DNS, encontrando-se 66,2 FPU (unidades/mL enzima). A atividade da celobiase foi determinada pelo método de Ghose, sendo a glicose formada medida pelo método GOD-PAP, obtendo-se 1034,61 CB (unidades/mL enzima). A concentração de celobiase presente na celulase, foi de 13,39 CB. Para a determinação da atividade da xilanase utilizou-se o método da Xilana Birchwood. Os açúcares redutores foram determinados pelo método do DNS. A atividade encontrada foi 2425,30 U/mL. Os ensaios de hidrólise foram realizados em reator batelada. A carga enzimática da celulase foi de 5 e 10 FPU/g de celulose presente no bagaço sem e pré-tratado. Para as demais enzimas fez-se uso do valor definido pela Novozymes (m/m): 0,4% de celobiase, 0,3% de xilanase, 0,23% de hemicelulase, 0,6% de β-glucanase e 0,23% de complex. Os ensaios de hidrólise foram feitos com 10% de sólidos secos, 24 e 72h, volume de 150 mL. A glicose foi determinada pelo método GOD-PAP.

RESULTADOS:

A partir dos resultados obtidos foi possível avaliar a atuação diferenciada de cada complexo enzimático ensaiado. A conversão de celulose em glicose foi calculada pela diferença entre a massa de glicose formada ao longo do tempo e a massa de glicose inicial presente na solução reagente dividida pela massa de glicose total teórica (aproximadamente 8,4 g). A maior produção de glicose (2,56 g/150 mL de meio) foi alcançada quando se empregou a mistura de enzimas celulase, celobiase e xilanase nas proporções de: 5 FPU/g ou 10 FPU/g de celulose de celulase, 0,4% de celobiase e 0,3% de xilanase em meio reacional contendo 10% de bagaço pré-tratado. Uma vez que a conversão foi praticamente a mesma para as duas cargas enzimáticas empregadas é conveniente se trabalhar com a menor de forma a reduzir os custos com a enzima. Ainda, o maior tempo de reação não conduz a um aumento significativo de produção de glicose. Estes resultados indicam a necessidade de se realizar mais estudos com diferentes combinações das cargas enzimáticas. O pré-tratamento na hidrólise do bagaço é muito importante, uma vez que a produção de glicose no bagaço sem pré-tratamento é muito baixa (1,05 g).

CONCLUSÃO:

A partir dos resultados obtidos evidencia-se que a adição de enzimas que hidrolisam as hemiceluloses (xilanase e hemicelulase) aumenta a conversão de bagaço em glicose. Nota-se também que a partir de 24 horas de reação, o aumento na conversão de glicose de certa forma estabiliza-se. A conversão de glicose com carga enzimática de 5 FPU e 10 FPU foi praticamente a mesma, podendo-se optar pela de 5 FPU para redução de custo com as enzimas.

Palavras-chave: Celulase, Celobiase, Xilanase.