CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DE BAGAÇO DE SORGO COMPARADO COM CANA-DE-AÇÚCAR

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1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DE BAGAÇO DE SORGO COMPARADO COM CANA-DE-AÇÚCAR PHYSICOCHEMICAL CHARACTERIZATION OF SWEET SORGHUM BAGASSE COMPARED WITH SUGARCANE BAGASSE Lidyane Aline de Freita (1) Daniele Cristina Joaquim Santoro (2) Tatiane Tarley Pereira (3) Juliana Pelegrini Roviero (4) Sarita Candida Rabelo (5) Márcia Justino Rossini Mutton (6) Resumo O uso dos resíduos lignocelulósicos tem sido apresentado como uma solução alternativa para problemas de escassez energética e da poluição. O trabalho teve por objetivo comparar a caracterização físico-química do bagaço in natura de sorgo sacarino e de cana-de-açúcar para posterior uso nos processos de produção de etanol de segunda geração (E2G). A caracterização físico-química foi realizada para os bagaços in natura, sendo quantificada os teores de cinzas, extrativos, lignina total (solúvel e insolúvel), celulose e hemiceluloses. Os resultados obtidos na caracterização físico-química mostram composições distintas para as duas biomassas, principalmente em relação ao teor de polissacarídeos (celulose e hemicelulose), correspondendo a 52,21% para o bagaço de sorgo sacarino e 68,82% para o de cana-de-açúcar. Neste sentido, o bagaço de sorgo sacarino também se mostra como uma biomassa bastante interessante para ser aplicada na produção de E2G. Palavras-chave: Caracterização. Materiais lignocelulósico. Sorgo sacarino. Abstract The use of lignocellulosic residue has been presented as an alternative solution to problems of energy shortage and pollution. The study aimed to compare the physicochemical characterization of bagasse from sweet sorghum and sugarcane for later use in second generation bioethanol production processes (2G). The physicochemical characterization was 1 Doutoranda em Microbiologia Agropecuária pela FCAV/UNESP, campus Jaboticabal. Endereço eletrônico: lidyane.freita@gmail.com 2 Graduanda em Engenharia Química pela Universidade São Francisco, Campo Swift. Endereço eletrônico: daniele.santoro@bioetanol.org.br 3 Graduação em Química pela Pontifícia Universidade Católica de Campinas, PUC Campinas. Endereço eletrônico: tatiane.pereira@bioetanol.org.br. 4 Doutoranda em Microbiologia Agropecuária pela FCAV/UNESP, campus Jaboticabal. Endereço eletrônico: juroviero@hotmail.com. 5 Doutora em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas. Endereço eletrônico: sarita.rabelo@bioetanol.org.br. 6 Docente titular da Faculdade FCAV/UNESP, campus Jaboticabal. Endereço eletrônico: marcia.mutton@gmail.com

2 performed for the raw material, and quantified the content of ash, extractives, total lignin (soluble and insoluble), cellulose and hemicelluloses. The results of the physicochemical characterization showed different compositions for the two biomasses, especially regarding the polysaccharides content (cellulose and hemicelluloses), corresponding to 52.21% for sweet sorghum bagasse and 68.82% for sugarcane bagasse. In this way, sweet sorghum bagasse also shows as a biomass interesting to be applied in the production of 2G. Keywords: Characterization. Lignocellulosic materials. Sweet sorghum. 1 Introdução No atual cenário da agricultura brasileira, a produção de bioenergia, em uma perspectiva de sustentabilidade, passa, obrigatoriamente pela diversificação de matériasprimas (BARCELOS, 2012), direcionando para a produção de biocombustíveis de 2ª geração, nos quais se inclui o bioetanol produzido a partir de materiais lignocelulósicos. Os materiais lignocelulósicos são constituídos por macromoléculas que, após serem processadas, são submetidos aos processos de fermentação convencionais, dando origem ao bioetanol (QUILHÓ, 2011). No entanto, esta tecnologia ainda se encontra em fase de pesquisa e desenvolvimento, havendo ainda limitações ao nível do conhecimento científico que permita identificar condições que tornem esta tecnologia economicamente viável (AIE, 2008a). Dentre as alternativas economicamente mais promissoras no Brasil, destacam-se o bagaço e a palha de cana-de-açúcar, além do sorgo sacarino. O sorgo sacarino apresenta colmos ricos em açúcares fermentescíveis, semelhantes à cana-de-açúcar. Para se utilizar a biomassa lignocelulósica como fonte de açúcares para a produção de etanol de segunda geração, é necessário conhecer as características do bagaço de sorgo e realizar pesquisas exploratórias para inserir esta biomassa na matriz energética e, assim, contribuir positivamente para a economia (MIRANDA, 2011). Desta forma, objetiva-se com a presente pesquisa comparar a caracterização físicoquímica do bagaço in natura de sorgo sacarino e de cana-de-açúcar, para posterior uso nos processos de produção de etanol de segunda geração (E2G). 2 Material e Métodos A presente pesquisa foi conduzida no Laboratório de Tecnologia do Açúcar e Álcool e Microbiologia das Fermentações do Departamento de Tecnologia da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias - UNESP, Jaboticabal SP, e no Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol - CTBE, Campinas-SP.

3 Para análise da composição química dos bagaços, certa quantidade de cada biomassa foi passada por um moinho de facas (marca Fritsch, modelo pulverisette 14) até conseguir um material com partículas inferiores a 0,5 mm, selecionadas através de uma peneira de 20 mesh. Partículas retidas na peneira eram novamente moídas para que a composição química do material não fosse alterada. Após moagem dos materiais e separação granulométrica, estes foram analisados quanto ao teor de cinzas, extrativos, lignina total (lignina insolúvel + solúvel), celulose e hemiceluloses. O teor de cinzas e a quantificação dos extrativos foram determinados de acordo com a metodologia descrita por Sluiter et al. (2005). A lignina total (lignina insolúvel + solúvel), celulose e hemiceluloses foram determinadas segundo as metodologias descritas por Templeton e Ehrman (1995); Sluiter et al. (2005); Hyman et al. (2007) e Sluiter (2008). 3 Resultados e Discussão Na tabela 1 encontram-se os resultados dos teores de extrativos, cinzas, lignina total, celulose e hemiceluloses. Tabela 1. Composição química do bagaço de sorgo e cana-de-açúcar in natura. Composição Química (%) Bagaço de Sorgo (CV80007) Bagaço de Cana-de-açúcar (RB867515) Extrativos 23,39±0,08 5,30 ± 0,49 Cinzas 2,90±0,06 4,34 ± 0,11 Lignina total 22,82±0,13 22,54 ± 0,32 Celulose 32,07±0,64 42,62 ± 0,15 Hemicelulose 20,14±0,40 26,20 ± 0,50 Total 101,32±0,85 101,00 ± 0,83 Os resultados encontrados para os extrativos no bagaço de sorgo foram menores que o encontrado por Santos (2012) que avaliando três variedades de sorgo, em diferentes épocas de colheita, obteve valores na faixa de 27% até 57% de extrativos. Para o teor de cinzas do bagaço de sorgo, o valor foi elevado quando comparado ao determinado por Oliveira et al. (2009) que obteve valor de 1,6% de cinzas no bagaço de sorgo não lavado. Nascimento (2011) obteve valor superior de 4,9 ± 1,1 de cinzas no bagaço de cana in natura. O teor de cinzas é totalmente dependente da espécie, idade, condição de crescimento da planta, forma de colheita do material, dentre vários outros fatores. Para o teor de lignina total do bagaço de sorgo, os valores foram superiores aos resultados encontrados por Oliveira et al. (2009) de 16,54%. Já o valor de lignina obtido com

4 a caracterização química do bagaço de cana-de-açúcar de 22,54 ± 0,32 está de acordo com a literatura segundo Banerjee e Pandey (2002) com 23-32% de lignina. No bagaço de cana in natura, o teor de celulose e hemiceluloses encontrado de 42,62% e 26,20% respectivamente, estão de acordo com os encontrados na literatura conforme Banerjee; Pandey (2002) o qual relata um teor de 32-48% de celulose e o teor de 23,9% de hemicelulose segundo Rabelo (2008). Para o bagaço de sorgo os resultados encontrados no presente estudo estão dentro dos citados por diversos autores analisando outras variedades de sorgo, na faixa de 32 a 46% de celulose, 20 a 28% de hemicelulose, e a lignina entre 10 e 22% (XU et al.; PANAGIOTOPOULOS et al.; YU et al.; SALVI et al.; KIM e DAY; ZHANG et al, 2010; LI et al., 2010, BELAYACHI e DEMAS, 1995; VÁSQUEZ et al., 2007; HERRERA et al., 2004). 4 Conclusões A quantidade de celulose e hemiceluloses no bagaço do genótipo CV80007 de sorgo sacarino (52,21%), o torna uma fonte potencial para a produção de etanol através de materiais lignocelulósicos já que este valor se aproxima dos valores citados na literatura em relação à cana-de-açúcar. Referências BANERJEE, R.; PANDEY. A. Bio-industrial applications of sugarcane bagasse: a technological perspective. International Sugar Journal, Glamorgan, v.104, n.1328, BARCELOS, C. A. Aproveitamento das frações sacarínea, amilácea e lignocelulósica do sorgo sacarino [Sorghum bicolor (L.) Moench] para a produção de bioetanol f. Tese (Doutorado em Ciências (DSc). Universidade Federal do Rio de Janeiro, BELAYACHI, L.; DELMAS, M. Sweet sorghum: a quality raw material for the manufacturing of chemical paper pulp. Biomass and Bioenergy, v. 8, n. 6, p , HYMAN, D., SLUITER, A., CROCKER, D., JOHNSON, D., SLUITER, J., BLACK, S., SCARLATA, C. Determination of Acid Soluble Lignin Concentration Curve by UV-Vis Spectroscopy. National Renewable Energy Laboratory (NREL), 1-13, MIRANDA, M. R. S. Bagaço do sorgo: estimativa de parâmetros cinéticos e pirólise analítica f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) Faculdade de Engenharia Química. Universidade Federal de Uberlândia NASCIMENTO, V. M. Pré-tratamento alcalino (NaOH) do bagaço de cana-de-açúcar para a produção de etanol e obtenção de xilooligômeros f. Dissertação (Mestrado em

5 Engenharia Química) Centro de Ciências Exatas e Tecnologia. Universidade Federal de São Carlos KIM, M.; DAY, D. F. Composition of sugar cane, energy cane, and sweet sorghum suitable for ethanol production at Lousiana sugar mills. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, OLIVEIRA, Isadora Kaline C.P de, SILVA, Humberto, CONRADO, Líbia de Sousa, SILVA, Flávio Luiz Honorato da. Caracterização fisico-químico do bagaço do sorgo sacarino (sorghum bicolor) para hidrólise ácida do material lignocelulósico PANAGIOTOPOULOS, I. A.; BAKKER, R. R.; KOUKIS, E. G.; CLAASSEN, P. A. M. Pretreatmet of sweet sorghum bagasse for hydrogen production by Caldicellulosiruptor saccharolyticus. International Journal of Hydrogen Energy, v. 35, p , QUILHÓ, F. T. L. Produção de Bioetanol a partir de Materiais Lenho-celulósicos de Sorgo Sacarino: Revisão Bibliográfica f. Dissertação (Mestrado). Faculdade de Ciência e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Portugal, RABELO, S. C. Avaliação de desempenho do pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino para a hidrólise enzimática de bagaço de cana-de-açúcar p. Dissertação (Mestrado em desenvolvimento de processos químicos)- Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas-Unicamp, Campinas, SALVI, D. A.; AITA, G. M.; ROBERT, D. BAZAN, V. Ethanol production from sorghum by a diluite ammonia pretreatment. Journal of Indistrial Microbiology and Biotechnology, v. 37, p , SANTOS, T.N.; Avaliação da biomassa de sorgo sacarino e palma forrageira para produção de etanol em Pernambuco pags. Dissertação. Universidade Federal de Pernambuco, SLUITER, A., HAMES, B., RUIZ, R., SCARLATA, C., SLUITER, J., TEMPLETON, D. Determination of sugars, byproducts, and degration products in liquid fraction process samples. National Renewable Energy Laboratory (NREL), 1-2, TEMPLETON, D., EHRMAN, T. Determination of Acid-Insoluble Lignin in Biomass. National Renewable Energy Laboratory (NREL), 1-14, XU, F.; SHI, Y.-C.; WU, X.; THEERARATTANANOON, K.; STAGGENBORG, S.; WANG, D. Sulfuric acid pretreatment and enzymatic hydrolysis of photoperiod sensitive sorghum for etanol production. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2010.