Valorização de landoltia punctata proveniente de tratamento de esgoto doméstico através de hidrólise enzimática visando a produção de etanol

Abstract

A necessidade de se explorar novas fontes de energia renovável e limpa vem exigindo o desenvolvimento de biocombustíveis, por serem considerados uma alternativa promissora aos combustíveis tradicionais. Nesse contexto, as lemnas vêm ganhando interesse em pesquisas, por não competirem com culturas alimentícias e terras produtivas para produção de etanol. O objetivo deste trabalho foi a valorização da biomassa de lemnas (Landoltia punctata), produzidas em sistema de tratamento de esgoto, através de hidrólise enzimática do amido e celulose em açúcares fermentescíveis. Para tal, a biomassa seca (55 ºC por 24 horas) e triturada foi caracterizada quanto à umidade (6,57%), amido (6,53%), celulose (12,83%), proteína bruta (34,27%) e cinzas (10,54%). Os experimentos de hidrólise enzimática foram realizados em modo batelada visando o estudo da etapa de sacarificação. Foi então utilizado um planejamento tipo Plackett-Burman (12 ensaios, 6 variáveis e triplicata no ponto central), cujas variáveis estudadas foram: pH (3,0 a 6,0), temperatura (45 a 65 ºC), concentração de Spirizyme Fuel (0,1 a 0,3% v/m, em relação à biomassa), concentração de Pectinex Ultra AFP (0 a 0,1% v/m, em relação à biomassa), concentração de Cellic Ctec2 (0 a 6% v/m, em relação à biomassa) e concentração de Cellic Htec2 (0 a 0,5% v/m, em relação à biomassa). A variável resposta foi a concentração de glicose. Depois de observadas as variáveis significativas, que foram a temperatura e a concentração de Cellic Ctec2, realizou-se planejamento fatorial completo 22, com triplicata do ponto central e totalizando 7 experimentos. A partir dos resultados obtidos as condições da sacarificação foram definidas: pH 6,0, temperatura de 45 ºC, concentração de Spiryme Fuel 0,1% (v/m) e de Cellic Ctec2 6% (v/m) por 2 horas. Nestas condições, o hidrolisado apresentou pH de 5,9, concentração de glicose de 6,02 g/L e 3,52 ºBrix. Também foi avaliado o acúmulo de amido quando a espécie de lemnas estudada (Landoltia punctata) era submetida a privação de nutrientes, obtendo-se até 5 vezes a quantidade inicial. Estes resultados indicam que a biomassa de lemnas tem potencial para produzir quantidades significativas de amido, que juntamente com sua fração de celulose, podem ser convertidos em etanol.<br>

Abstract : The necessity of explore new renewable and clean energy sources energy has required the development of biofuels because they are considered a promising alternative to traditional fuels. In this context, the duckweed have been gaining interest in research, for not competing with food crops and farmland to ethanol production. The aim of this study was to enhance the duckweed biomass (Landoltia punctata), produced in wastewater treatment system, by enzymatic hydrolysis of its starch and cellulose into fermentable sugars. For that, the dry biomass (at 55 ºC for 24 hours) was crushed and characterized for moisture content (6.57%), starch (6.53%), cellulose (12.83%), crude protein (34.27%) and ash (10.54%). The enzymatic hydrolysis experiments were performed in batch mode and the saccharification step was studied using a Plackett-Burman experimental design (12 trials, 6 variables and triplicate at the central point), which variables were: pH (3.0 to 6.0), temperature (45 to 65 °C), Spirizyme Fuel concentration (0.1 to 0.3% v/w, relative to biomass), Pectinex Ultra AFP concentration (0 to 0.1% v/w, relative to biomass) Cellic Ctec2 concentration (0 to 6% v/w, relative to biomass) and Cellic Htec2 concentration (0 to 0.5% v/w, relative to biomass). The response variable was the glucose concentration. After determining the significant variables, which were the temperature and concentration of Cellic Ctec2, was held a 22 full factorial design, with triplicate of the center point being a total of 7 experiments. From the results obtained, the saccharification conditions were defined as: pH 6.0, temperature 45 ºC, concentration of Spiryme Fuel 0,1% (v/w) and Cellic Ctec2 6% (v/w) and reaction time of 2 hours. In these conditions, the hydrolyzate showed a glucose concentration of 6.02 g/L, pH of 5.9 and 3.52 °Brix. It has also been verified that the specie of duckweed studied (Landoltia punctata), increase its starch concentration, up to 5 times the initial amount, when subjected to nutrient deprivation. These results indicate that duckweeds biomass has the potential to produce significant amounts of starch, which together with a cellulose fraction can be converted into ethanol.