Uso do imidazol como solvente verde no prétratamento [sic] de palha e sabugo de milho para a produção de bioetanol de segunda geração | Uso do imidazol como solvente verde no pré-tratamento de palha e sabugo de milho para a produção de bioetanol de segunda geração

Orientador(a): Prof(a). Dra. Adenise Lorenci Woiciechowski

Coorientador(a): Prof. Dr. Carlos Ricardo Soccol

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 28/04/2023

Inclui referências: p. 48-62

Resumo: Com o intuito de aumentar a performance de pré-tratamentos de biomassa lignocelulósica, o presente estudo foi realizado aplicando imidazol como solvente orgânico para o pré-tratamento de resíduo de biomassa lignocelulósica proveniente do processamento do milho, sendo elas o sabugo de milho (CC) e casca da espiga (CS), com foco na recuperação de celulose para a produção de etanol. O pré-tratamento foi realizado em diferentes temperaturas (120, 150 e 180°C) e tempo (30 e 60 min), com a taxa de biomassa:imidazol de 1:9 (g.g-1). Realizou-se a caracterização das alterações químicas nas biomassas após o pré-tratamento através da composição química, morfologia de superfície, nível de cristalinidade da celulose e mudanças na composição total. Os resultados mostraram que o complexo lignocelulósico apresentou alterações significativas durante o pré-tratamento com imidazol, revelado através da redução de lignina, de forma a alcançar 81,7% e 74% para CS em 180°C-60min e CC em 180°C-30min, respectivamente. A quantidade de celulose presente nos sólidos recuperados ao final do pré-tratamento foi 1,5 vezes maior que em biomassa bruta. A biomassa pré-tratada passou por hidrólise enzimática e e pré-tratamento em temperaturas elevadas (150°C e 180°C), respectivamente, alcançando rendimento de glucose de 100% para CC e 77% para CS em uma carga enzimática (Cellic CTec3®) de 15 FPU.g-1 de substrato. A fermentação da glucose ocorreu através da sua metabolização por Saccharomyces cerevisiae CAT-1 usando a biomassa hidrolisada, obtendo-se rendimento o rendimento da fermentação de 82% em 12h para CC (180°C-30min) e de 66% para CS (150°C-60min).

Abstract: In order to increase the performance of lignocellulosic biomass pretreatments, the present study was carried out by applying imidazole for the pretreatment of lignocellulosic biomass residue from corn, such as corn cob (CC) and corn straw (CS), focusing on the recovery of cellulose for ethanol production. The pretreatment was performed at different temperatures (120-180°C) and time (30 and 60 min), with the biomass:imidazole ratio of 1:9 (m.m-1). The chemical changes in the biomass were characterized after pretreatment through chemical composition, surface morphology, cellulose crystallinity level and changes in the total composition. The results showed that the lignocellulosic complex had significant changes during pretreatment with imidazole, revealed through lignin reduction, in order to reach 81.7% and 74% for CS in 180°C-60min and CC in 180°C-30min, respectively. The amount of cellulose in solids recovered at the end of the pretreatment was 1.5 times higher than in crude biomass. The pretreated biomass was enzymatic hydrolysate and pretreated at high temperatures (150°C and 180°C), respectively, achieving glucose yield of 100% for CC and 77% for CS at an enzymatic load (Cellic CTec3) of 15 FPU.g-1 of substrate. The glucose fermentation occurred through its metabolization by Saccharomyces cerevisiae CAT-1 using the hydrolysate biomass, and was obtained a yield of 82% in 12h for CC (180°C-30min) and 66% for CS (150°C-60min).