aula 3 Materias-primas lignocelulosicas 2014 1

Prévia do material em texto

São caracterizadas por conterem substratos 
insolúveis, de difícil acessibilidade ao micro-
organismo. 
Principais Constituintes 
Celulose (produção de celulases, etanol, SCP) 
Hemiceluloses (produção de hemicelulases, etanol, 
xilitol, etc.) 
 Ligninas (produção de ligninases) 
Depende da 
fonte 
 RESÍDUOS AGROFLORESTAIS 
 RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS 
RESÍDUOS AGROFLORESTAIS E 
AGROINDUSTRIAIS 
RESÍDUOS AGROFLORESTAIS : SÃO 
AQUELES ORIUNDOS DE MATÉRIAS-PRIMAS 
QUE NÃO SOFRERAM PROCESSAMENTO 
INDUSTRIAL (MATÉRIA-PRIMA BRUTA). 
EXEMPLO: RASPAS DE MADEIRAS 
RESÍDUOS AGROFLORESTAIS E 
AGROINDUSTRIAIS 
RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS : SÃO AQUELES 
ORIUNDOS DE MATÉRIAS-PRIMAS QUE 
SOFRERAM PROCESSAMENTO INDUSTRIAL 
(MATÉRIA-PRIMA PROCESSADA). EXEMPLOS: 
BAGAÇO DE CANA; SABUGO DE MILHO; 
RESÍDUOS DE MILHO; CASCAS E PALHA DE 
ARROZ 
SABUGO DE MILHO 
SABUGO ÍNTEGRO SABUGO MOÍDO 
RESÍDUOS DE MILHO 
(CORNSTOVER) 
PALHA DE ARROZ 
CASCA DE ARROZ 
PALHA DE TRIGO 
BAGAÇO DE CANA 
Material 
 
Celulose(%) 
 
Lignina(%) 
 
Hemicelulose(%) 
 
Resíduos agrícolas 
 
Palha de milho 
 
36 
 
29 
 
28 
 
Sabugo de milho 
 
36 
 
- 
 
28 
 
Bagaço de cana 
 
36 
 
20 
 
28 
 
Material 
 
Celulose(%) 
 
Lignina(%) 
 
Hemicelulose(%) 
 
Madeiras de Coníferas 
 
Abeto 
 
43 
 
29 
 
26 
 
Pinheiro 
 
44 
 
29 
 
26 
 
Material 
 
Celulose(%) 
 
Lignina(%) 
 
Hemicelulose(%) 
 
Resíduos Urbanos 
 
Papel 
 
43 
 
6 
 
13 
 
Papelão/ 
Embalagens 
 
47 
 
12 
 
25 
 
Jornal 
 
61 
 
21 
 
16 
 
Ligaçao β (1-4) 
Homopolissacarídeo linear 
Unidades D-glicopiranosídicas (ligações  - 1,4) 
 Massa molecular : 50.000 até > 1.000.000 
Grau de polimerização : 1.000 a 15.000 
Regiões cristalinas (~85%) 
Regiões amorfas (~15%) 
 Via Química 
Uso de ácido inorgânico 
T > 150oC : aleatória 
T > 70oC : sequencial 
Via enzimática 
Uso de enzimas do complexo celulolítico 
Produtos :glicose, celobiose, oligossacarídeos 
• Endoglucanases 
• Celobiohidrolases – formação de 
oligossacarídeos com 10 ou mais unidades 
• Exoglucanases – libera celobiose e 
oligossacarídeos menores 
• β- glicosidase – libera glicose por glicose 
Alta resistência química, mecânica e ao ataque 
microbiano 
Composição variável, de acordo com a fonte 
Produção de ligninases 
Uso em tintas e adesivos 
Uso para geração de energia 
 
Tratamento: 
Alcali 
 Heteropolímero polissacarídeo 
Composição variável, de acordo com a fonte 
Principais constituintes 
Xilanas 
Arabinanas 
Arabinoxilanas 
Mananas 
Galactanas 
Estrutura ramificada 
Grau de polimerização : 120 - 200 
Via Química 
Uso de ácido sulfúrico diluído 
 1o Estágio – T  98oC 
 2o Estágio – T  130 – 140oC 
Rendimento em xilose : ~85% 
Subprodutos : 
Ácido acético, furfural, fenóis, taninos, terpenos, etc. 
 
 Tratamento posterior 
(clarificação, filtração, neutralização, exclusão iônica) 
Via Enzimática 
Uso de hemicelulases 
  - xilosidase 
1,4  - xilanase 
Acetilxilanaesterase 
 - glucoronidase 
L – arabinofuranosidase 
CELULOSE 
 
HEMICELULOSES 
 
. Unidades de glicose ligadas entre 
si 
 
. Unidades de vários açúcares ligadas entre si 
 
. Alto grau de polimerização 
 
 . Baixo grau de polimerização 
 
. Forma arranjo fibroso 
 
. Não forma arranjo fibroso 
 
.Regiões cristalinas e amorfas 
 
. Somente regiões amorfas 
 
. Atacada lentamente por ácido 
inorgânico diluído a quente 
 
. Atacada rapidamente por ácido inorgânico 
diluído a quente 
 
. Insolúvel em ácalis 
 
. Solúvel em ácalis 
 
OBJETIVO 
 TORNAR A MOLÉCULA DE CELULOSE 
MAIS ACESSÍVEL À HIDRÓLISE 
Material úmido com o 
complexo lignocelulósico 
desorganizado e com 
digestibilidade aumentada 
 
Compressão com 
vapor d’água 
Material 
lignoceliulósico 
Descompressão 
rápida 
(auto-hidrólise) 
explosão, composto de: 
- xilose 
- xilooligossacarídeos (GP 2-10) 
- ácidos aldurônicos 
 
 
Tempo de 
residência (min) 
 
 
T (oC) 
 
 
(%) 
Recuperação de 
D-xilose 
 
0,7-10 
 
 
220-270 
 
 
70 
 
 
10 
 
 
190-200 
 
 
35 
 
 REMOÇÃO DA FRAÇÃO 
HEMICELULÓSICA 
 BAIXA FORMAÇÃO DE 
COMPOSTOS TÓXICOS 
 AUMENTO DA DIGESTIBILIDADE 
DA FRAÇÃO CELULÓSICA 
SINERGISMO 
pH 
TEMPERATURA TEMPO 
A ESCOLHA DA TÉCNICA DEPENDE DE: 
 NATUREZA DA MATÉRIA-PRIMA A 
SER TRATADA 
 FINALIDADE DE USO DO 
HIDROLISADO 
 Binômio tempo x temperatura 
Tamanho das partículas 
 Estrutura da molécula 
 Acidez do meio 
 Teor de umidade 
 ÁCIDOS ORGÂNICOS ORIUNDOS DA 
HEMICELULOSE (ACÉTICO, FÓRMICO, 
GLUCOURÔNICO E GALACTURÔNICO) E 
COMPOSTOS FENÓLICOS SOLÚVEIS DERIVADOS DA 
DEGRADAÇÃO DA LIGNINA; 
 PRODUTOS DA DEGRADAÇÃO DE AÇÚCARES 
(FURFURAL E HIDROXI-METILFURFURAL); 
 PRODUTOS DA DEGRADAÇÃO DA LIGNINA 
(CINAMALDEÍDO, P-HIDROXI-BENZALDEÍDO E 
SIRINGALDEÍDO); 
 PRODUTOS ORIUNDOS DA CORROSÃO DOS 
EQUIPAMENTOS (ÍONS METÁLICOS) 
Hidrólise química: 
 
Ácido – celulose e hemicelulose (diluído) 
Alcalina – lignina e hemicelulose 
 
Tratamento físico: 
Explosão a vapor – rompimento da fibra – 
digestibilidade aumentada 
xilose e xilo-oligossacarideos na fase liquida. 
 
Enzimático: 
celulose 
 
 
ESTRATÉGIAS 
Separação dos três componentes da biomassa 
 
Hemicelulose – explosão a vapor, ácido (diluído) 
 
Lignina – alcalina 
 
Celulose – ácida, enzimática