Processos de fracionamento para a valorização da palha de milho

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um processo integrado para a valorização da palha de milho tendo por base o fracionamento seletivo dos seus componentes estruturais Para a hidrólise seletiva da hemicelulose foram estudados três processos de prétratamento: i) auto-hidrólise, e processos catalisados com ii) dióxido de carbono e iii) nitrato de ferro. Em todos os tratamentos hidrotérmicos a hemicelulose solúvel foi maioritariamente recuperada na forma oligomérica, tendo atingido valores semelhantes para a auto-hidrólise e para os processos catalisados com CO2, respetivamente 36,5 e 32,3 g/100 g arabinoxilana. Ao contrário dos processos anteriores, no processo catalisado com Fe(NO3)3, a recuperação mais elevada de pentoses solúveis ocorreu na forma monomérica, 79,6 g/100 g arabinoxilana. Os hidrolisados resultantes da hidrólise com Fe(NO3)3 nas condições otimizadas foram utilizados para o crescimento e, e após concentração e/ou destoxificação, como meio de cultura para a produção de xilitol pela levedura Debaryomyces hansenii CCMI 941. Foi possível obter crescimento celular e produção de xilitol não se tendo observado uma melhoria da eficiência pela utilização de métodos de destoxificação, pelo que este processo de hidrólise apresenta elevadas potencialidades para a valorização biotecnológica da palha milho. Para a valorização dos resíduos sólidos, ricos em celulose e lenhina, foi avaliada a remoção da lenhina através da utilização de processos organosolv utilizando misturas etanol-água. O rendimento de deslenhificação mais elevado, 80,4%, foi obtido para os sólidos resultantes da auto-hidrólise sendo os valores obtidos para os processos catalisados com CO2 da ordem dos 70%. Para todas as condições, o tratamento de deslenhificação não afetou a glucana remanescente, cuja sacarificação enzimática foi significativamente aumentada relativamente à matéria-prima inicial.

This work aims to develop an integrated strategy for the selective fractionation of corn straw into its structural components and to study their upgrade potential. For the selective recovery of hemicellulose, three processes were optimized: i) auto hydrolysis, ii) carbon dioxide and iii) Fe(NO3)3 catalyzed processes. All treatments enabled the recovery of hemicellulose-derived products, and oligosaccharides were the main products produced by auto hydrolysis and carbon dioxide assisted processes in a yield of 36.5 and 32.3 g/100 g arabinoxylan, respectively. In contrast, Fe(NO3)3 catalyzed process produces the highest recovery of soluble pentoses, mainly in the monomeric form, 79.6 g/100 g arabinoxylan. The later hydrolysate was used as culture medium for growth, and after concentration and/or detoxification, for xylitol production by the yeast Debaryomyces hansenii CCMI 941. An efficient growth and xylitol production was obtained even in nondetoxified medium, demonstrating that detoxification does not have an evident effect on xylitol production, and thus this hydrolytic process would have high potential for biotechnological upgrading of corn straw. Lignin removal was evaluated using organosolv processes based on ethanol:water mixtures. The highest delignification yield, 80.4%, was obtained for autohydrolysis treated solids. The delignification treatment did not significantly affected glucan, whose enzymatic digestibility was significantly increased for all tested conditions as compared to the feedstock.