Pré-tratamento de bagaço de malte utilizando sistemas de ultrassom para a posterior produção de bioetanol
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Data
2024-09-12Autor
Silva, Thamires Rafaelle da 
Primeiro orientador
Flores, Érico Marlon de Moraes
Metadata
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Neste trabalho, foi investigada a produção de bioetanol a partir do bagaço de malte
(BSG, do inglês brewer’s spent grain) utilizando diferentes sistemas de ultrassom para
o pré-tratamento. Desta forma, foram avaliados sistemas de ultrassom (banhos e
sondas), com frequências variando de 20 a 130 kHz e potência variando de 100 a 750
W, usando apenas água como meio de pré-tratamento. O bagaço de malte apresentou
um teor de celulose e hemicelulose de 12.9 ± 1.1%, e 18.7 ± 0.6%, além de apresentar
um teor de amidos de 10.1 ± 1.3%, que podem ser convertidas em açúcares
fermentáveis, o que o torna uma excelente matéria-prima para a produção de
biocombustíveis. Os resultados empregando a difração de raios X (DRX) indicaram
que, em todos os sistemas de ultrassom avaliados, a cristalinidade do bagaço de malte
permaneceu inalterada. No entanto, para a sonda operando a 130 W e 20 kHz, foi
observada uma diminuição na cristalinidade de 58,9 para 48,2%, sugerindo que essa
condição específica de ultrassom pode impactar a estrutura cristalina da biomassa. Já
com relação à morfologia observada por microscopia eletrônica de varredura (SEM),
o bagaço de malte sem o pré-tratamento manteve sua estrutura intacta. Em contraste,
as amostras submetidas a pré-tratamento com diferentes sistemas de ultrassom
apresentaram fissuras e cavidades, evidenciando a alteração morfológica causada
pelos processos de ultrassom. Entre os sistemas avaliados, as condições otimizadas
foram o pré-tratamento por banho de ultrassom à 130 kHz (200 W/27,2 W dm-3) e o
pré-tratamento com sonda de ultrassom a 20 kHz (130 W/70,6 W dm-3). Após o prétratamento,
foram escolhidos os BSG pré-tratados das melhores condições para a
realização da hidrólise enzimática, e posterior fermentação para a produção de
bioetanol. As cinéticas da hidrólise enzimática foram avaliadas para o BSG prétratados
utilizando os dois sistemas de ultrassom, apresentando uma taxa máxima de
3.6 g/100 g h celulose (200 W/27,2 W dm-3) e 4.2 g/100 g h celulose (130 W/70,6 W
dm-3). Para a cinética do bagaço de malte pré-tratado com a sonda de 20 kHz (130
W/70,6 W dm-3) a taxa foi superior, correlacionando-se com um maior rendimento de
açúcares, demonstrando a eficiência desse sistema no pré-tratamento do BSG. O prétratamento
com a sonda de ultrassom a 20 kHz (130 W/70,6 W dm-3) resultou em um
rendimento de açúcares de 46,2 ± 1,5 g/100 g de BSG e um rendimento de bioetanol
de 1,49%. Por outro lado, o pré-tratamento com o banho de ultrassom a 130 kHz (200
W/27,2 W dm-3) resultou em um rendimento de açúcares de 38,6 ± 0,61 g/100 g de
BSG e um rendimento de bioetanol de 0,826%. Esses rendimentos foram comparados
com estudos na literatura que utilizaram ácidos (H2SO4, HNO3, entre outros) com
concentrações (variando de 1 a 4 mol L-1), com temperaturas superiores a 100 °C e
pressões acima de 1,5 atm, que resultaram em rendimentos de bioetanol similares
aos encontrados na literatura, variando de 1,2 a 1,4%, utilizando a levedura
Saccharomyces cerevisiae. Entretanto, é importante ressaltar que o rendimento de
bioetanol obtido neste estudo para a sonda de ultrassom de 20 kHz (130 W/70,6 Wdm-3) foi superior aos da maioria dos trabalhos encontrados na literatura, que utilizam
ácidos diluídos e condições mais severas para o pré-tratamento da biomassa. Os
resultados deste estudo demonstram a eficácia dos sistemas de ultrassom,
oferecendo um bom rendimento de bioetanol sob condições mais branda, e
evidenciando a viabilidade do ultrassom como uma alternativa promissora para a
produção sustentável de bioetanol a partir de resíduos agroindustriais.
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