The chemistry involved in the steam treatment of lignocellulosic materials

Abstract

Recebido em 16/8/02; aceito em 15/5/03Pretreatment of lignocellulosic materials is essential for bioconversion because of the various physical and chemical barriers that greatly inhibit their susceptibility to bioprocesses such as hydrolysis and fermentation. The aim of this article is to review some of the most important pretreatment methods developed to date to enhance the conversion of lignocellulosics. Steam explosion, which precludes the treatment of biomass with high-pressure steam under optimal conditions, is presented as the pretreatment method of choice and its mode of action on lignocellulosics is discussed. The optimal pretreatment conditions for a given plant biomass are defined as those in which the best substrate for hydrolysis is obtained with the least amount of soluble sugars lost to side reactions such as dehydration. Therefore, pretreatment optimization results from a compromise between two opposite trends because hemicellulose recovery in acid hydrolysates can only be maximized at lower pretreatment severities, whereas the development of substrate accessibility requires more drastic pretreatment conditions in which sugar losses are inevitable. To account for this heterogeneity, the importance of several process-oriented parameters is discussed in detail, such as the pretreatment temperature, residence time into the steam reactor, use of an acid catalyst, susceptibility of the pretreated biomass to bioconversion, and process design.

Efeito do teor de umidade sobre o pré-tratamento a vapor e a hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar

“…Este fato é importante porque a geração de materiais poliméricos, que se comportam como lignina durante o procedimento de Klason, já foi relatada em estudos de pré-tratamento a vapor de outras matrizes e estes materiais, devido a suas propriedades hidrofóbicas, causam a perda de atividade específica por adsorção irreversível das principais enzimas responsáveis pela hidrólise. 1,12,27 A eficiência do pré-tratamento a vapor também foi monitorada pela hidrólise enzimática dos substratos resultantes do processo, com intuito de identificar as condições que produziram substratos de maior acessibilidade às enzimas (Tabela 5). Neste sentido, o aumento do tempo e da temperatura do pré-tratamento apresentou efeito positivo sobre os índices de hidrólise enzimática da celulose, enquanto que a umidade inicial do bagaço apresentou efeito negativo.…”

“…Enquanto as tecnologias de primeira geração estão baseadas na fermentação alcoólica dos carboidratos presentes, por exemplo, no caldo de cana-de-açúcar (modelo brasileiro) ou em hidrolisados enzimáticos do amido de milho (modelo norte-americano), as tecnologias de segunda geração utilizam resíduos agrícolas e agroindustriais para este mesmo fim. [1][2][3] Neste caso, o processo fermentativo é baseado nos carboidratos liberados da biomassa vegetal por hidrólise da celulose e das hemiceluloses. 4 A produção de etanol a partir de resíduos agroindustriais representa uma das mais importantes alternativas à consolidação de um modelo sustentável para a produção de combustíveis renováveis.…”

Potencial da palha de cana-de-açúcar para produção de etanol

“…18,19 As estrutura apresenta ramificações que interagem facilmente com a celulose, dando estabilidade e flexibilidade ao agregado. 20 Comparadas com a celulose, as hemiceluloses apresentam maior susceptibilidade à hidrólise ácida, pois oferecem uma maior acessibilidade aos ácidos minerais comumente utilizados como catalisadores. Esta reatividade é usualmente atribuída ao caráter amorfo destes polissacarídeos.…”

“…Este método tem se destacado por ser eficiente, rápido e simples. 20,54 Como consequência, a palha pré-tratada apresenta um escurecimento em relação ao material in natura. 34 O escurecimento da palha pode estar associado à formação de produtos da degradação de carboidratos, devido à catálise ácida.…”

Sacarificação enzimática de bagaços de cana-de-açúcar pré-tratados com sulfito ácido

“…São depositadas na parede celular em um estágio anterior à lignificação. Sua estrutura apresenta ramificações e cadeias laterais que interagem facilmente com a celulose, dando estabilidade e flexibilidade ao agregado (RAMOS, 2003). Comparadas à celulose, as hemiceluloses apresentam maior susceptibilidade à hidrólise ácida, ao oferecerem uma maior acessibilidade aos ácidos minerais comumente utilizados como catalisadores.…”