Pré-tratamento de biomassa lignocelulósica por macrofungos regionais para posterior produção de etanol de segunda geração - Hartmann, Caroline (My University, 2017)
With the growing demand for renewable energy sources as alternatives to fossil fuels, the use of lignocellulosic biomass, such as sugarcane bagasse and eucalyptus sawdust, is an alternative for the production of second generation ethanol. However, pretreatments are needed to facilitate the action of enzymes on biomass. Among the pretreatment methods, the biological has been studied, since it does not require the use of chemicals and high energy costs, to present soft conditions of process and not formation of inhibitory compounds to the later stages. In the present study, sugarcane bagasse and eucalyptus sawdust were pretreated by different basidiomycete species. The pretreated samples were hydrolyzed with enzymatic complex of Peninillium echinulatum and later the fermentation of the liberated sugars was carried out. In relation to the production of lignolytic enzymes, the species that stood out in sugarcane bagasse were Marasmiellus palmivorus VE111, Pleurotus pulmonarius PS2001, Pleurotus albidus 88F-13, Pycnoporus sanguineus PR32 and Trametes villosa 82I6. In eucalyptus sawdust, these enzymes were significantly lower than those obtained by the same species in sugarcane bagasse. In the analysis of FTIR spectra, T. villosa 82I6 and P. pulmonarius PS2001 presented favorable proportions between cellulose, hemicellulose and lignin consumption in both biomasses tested. In enzymatic hydrolysis assays, biological pretreatment with T. villosa 82I6 increased the digestibility of the pulp present in the sawdust to 42% and of the sugarcane bagasse to 22%. T. villosa 82I6 was highlighted, since in both biomass, it was the basidiomycete that promoted the highest glucose release in the hydrolysis step, in samples pretreated for shorter times. In alcoholic fermentation of the hydrolysates of both biomasses pretreated with T. villosa 82I6, ethanol yield from sugarcane bagasse was increased to 20.2±0.5 mg/g after 49 days of treatment, while the control presented yield of 10.1±0.8 mg/g. The ethanol yield from eucalyptus sawdust was increased to 25.5±0.7, 18.2±0.03 and 25.5±3.8 mg/g, respectively after 7, 28 and 42 days of treatment, while the control presented yield of 6.5±0.2 mg/g. The potential of T. villosa 82I6 as a biological agent in pretreatments of lignocellulosic biomass and the impact of pretreatment on subsequent steps has been demonstrated.
Com a crescente busca por fontes energéticas renováveis alternativas aos combustíveis fósseis, o uso de biomassa lignocelulósica, como bagaço de cana-de-açúcar e serragem de eucalipto, surge como uma alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Porém, são necessários pré-tratamentos para facilitar a ação das enzimas sobre a biomassa. Entre os métodos de pré-tratamentos, o biológico tem sido estudado, por não demandar o uso de químicos e altos custos energéticos, apresentar condições brandas de processo e não levar à formação de compostos inibidores às etapas posteriores. No presente trabalho, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de eucalipto foram pré-tratados por diferentes espécies de basidiomicetos. As amostras pré-tratadas foram hidrolisadas com complexo enzimático de Peninillium echinulatum e posteriormente realizou-se a fermentação dos açúcares liberados. Com relação à produção de enzimas lignolíticas, as espécies que se destacaram em bagaço de cana-de-açúcar foram Marasmiellus palmivorus VE111, Pleurotus pulmonarius PS2001, Pleurotus albidus 88F-13, Pycnoporus sanguineus PR32 e Trametes villosa 82I6. Em serragem de eucalipto, os teores destas enzimas foram significativamente inferiores aos obtidos com as mesmas espécies em bagaço de cana-de-açúcar. Em análise de espectros de FTIR, T. villosa 82I6 e P. pulmonarius PS2001 apresentaram proporções favoráveis entre o consumo de celulose, hemicelulose e lignina em ambas as biomassas testadas. Em ensaios de hidrólise enzimática, pré-tratamento biológico por T. villosa 82I6 aumentou a digestibilidade da celulose presente na serragem de 3,7% para 42% e do bagaço de cana-de-açúcar de 12,9% para 22%. T. villosa 82I6 destacou-se, visto que, em ambas as biomassas, foi o basidiomiceto que promoveu o maior liberação de glicose na etapa de hidrólise em amostras pré-tratadas por menores tempos. Em fermentação alcoólica dos hidrolisados de ambas as biomassas pré-tratadas por T. villosa 82I6, o rendimento em etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar foi aumentado para 20,2±0,5 mg/g após 49 dias de tratamento, enquanto que o controle apresentava rendimento de 10,1±0,8 mg/g. O rendimento em etanol a partir de serragem de eucalipto foi aumentado para 25,5±0,7, 18,2±0,03 e 25,5±3,8 mg/g, após respectivamente 7, 28 e 42 dias de tratamento, enquanto que o controle apresentava rendimento de 6,5±0,2 mg/g. Foi demonstrado o potencial do T. villosa 82I6 como agente biológico em pré-tratamentos de biomassas lignocelulósicas e o impacto do pré-tratamento sobre as etapas subsequentes.
Keywords: Biomassa; Lignocelulose; Biocombustíveis; Energia - Fontes alternativas; Álcool; Biomass; Lignocellulose; Biomass energy; Renewable energy sources; Alcohol