Bagaço de cana-de-açúcar como substrato para a produção de etanol: determinação quantitativa da lignina e digestibilidade in vitro. ROMUALDO SHIGUEO FUKUSHIMA.

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1 Bagaço de cana-de-açúcar como substrato para a produção de etanol: determinação quantitativa da lignina e digestibilidade in vitro. ROMUALDO SHIGUEO FUKUSHIMA – Prof. Titular da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da Universidade de São Paulo (FMVZ-USP). PEDRO PACHECO – Técnico de Laboratório Superior da FMVZ-USP. MARIO ADRIANO QUEIROZ – Prof. Assistente Doutor da FMVZ-USP. Tabela 1 - Teores de fibras e lignina determinados por diversos métodos e digestibilidade in vitro da matéria seca de nove amostras de bagaço. Os teores de lignina seguiram a mesma tendência, ou seja, os menores valores foram registrados para a fração bagacilho. Como a lignina é um dos principais componentes da parede celular a inibir a hidrólise enzimática da celulose, é fundamental a seleção de cultivares que exibam os menores teores de lignina, mantendo-se a fisiologia da planta. Os menores teores de lignina observados para a fração bagacilho, permitem a especulação de maior facilidade na hidrólise (enzimática e/ou química) da celulose aí presente. De fato, os valores de digestibilidade in vitro revelaram substancial potencial de aproveitamento na fração bagacilho. Em algumas variedades, os valores de digestibilidade do bagacilho foram de tal monta, que se pode especular que nenhum ou pouco tratamento químico/físico venha a ser necessário para a transformação desta importante biomassa em etanol. Algumas questões: queimar para gerar energia térmica ou hidrolisar para obter álcool? O bagacilho representa menos de 40% do peso do bagaço. A perda de biomassa poderia ser incorporada na rotina operacional de uma usina, pela melhoria na eficiência energética das caldeiras. Há que se considerar que a separação física do bagacilho da porção fibrosa, o bagaço deve estar mais seco (+ de 50% de MS). Isto implica em mais uma etapa operacional, que deve ser economicamente exequível. CONCLUSÕES A constatação de menores teores de fibra e de lignina na fração bagacilho, aliada à observação de maiores valores de digestibilidade in vitro, sugere que esta fração, o bagacilho, possa ser aproveitado como fonte de biomassa para a conversão a etanol, quase que diretamente, ou seja, sem a necessidade de tratamentos fisico-quimicos drásticos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: FUKUSHIMA, R.S.; HATFIELD, R.D Extraction and isolation of lignin for utilization as a standard to determine lignin concentration using the acetyl bromide spectrophotometric method. J. Agric. Food Chem., 46(7): FUKUSHIMA, R.S.; HATFIELD, R.D Comparison of the acetyl bromide spectrophotometric method with other analytical lignin methods for determining lignin concentration in forage samples. J. Agric. Food Chem., 52(12): FUKUSHIMA, R.S., WEIMER, P.J., KUNZ, D Photocatalytic interaction of N-oxide resazurin with cystein optimizes preparation of anaerobic medium solutions. Anaerobe, 8:29-34. GOERING, H.K., VAN SOEST, P.J Forage fiber analysis: apparatus. Reagents, procedures, and someapplications. Agric. Handbook nr. 379, USDA/ARS: Washington. DC, p.1-19. VAN SOEST, P.J., ROBERTSON, J.B., LEWIS, B.A Symposium: carbohydrate methodology, metabolism, and nutritional implications in dairy cattle. J. Dairy Sci., 74: RESUMO O bagaço da cana-de-açúcar bem como plantas forrageiras em avançado estádio de maturidade (incluindo-se as palhadas de trigo, centeio, cevada, arroz, etc.) são resíduos da agroindústria. Eles têm em comum o fato de serem gramíneas, com altas concentrações de lignina. A lignina é uma complexa macromolécula fenólica e um dos componentes da parede celular dos vegetais, ao lado dos carboidratos estruturais celulose e hemicelulose. A lignina não é facilmente degradada na natureza e nem hidrolizada pelas enzimas microbianas, interferindo negativamente na degradação dos carboidratos estruturais, reduzindo a energia disponível, por exemplo, para a produção de álcool. Estes volumosos grosseiros são importantes fontes energéticas, uma vez que contém pelo menos 70% de carboidratos, que são pouco aproveitados devido ao alto teor de lignina. Para viabilizar o aproveitamento desta fonte de energia, é imprescindível eliminar a interferência da lignina. O primeiro passo é caracterizar a sua concentração na parede celular e sua relação com a digestibilidade in vitro, para que outras medidas subseqüentes (por exemplo, tratamentos físicos e/ou químicos) possam ser tomadas. Neste trabalho, nove amostras (variedades) secas de bagaço foram separadas em três frações: inteira, peneirada (bagacilho) e fibrosa. Houve diferenças nos teores de fibra em detergente ácido, de lignina e na digestibilidade in vitro entre as variedades e entre as frações. Muito embora a concentração de lignina seja elemento importante na presunção do valor energético de uma planta, os valores de digestibilidade in vitro revelaram substancial potencial de aproveitamento na fração bagacilho. Em algumas variedades, os valores de digestibilidade do bagacilho foram de tal monta, que se pode especular que nenhum e/ou pouco tratamento químico/físico venha a ser necessário o seu uso para viabilizar a transformação desta importante biomassa em etanol. OBJETIVOS Caracterizar o bagaço da cana-de-açúcar (nove variedades, subdivididas em três frações) quanto aos teores de fibra em detergente ácido; Caracterizar as nove variedades de bagaço da cana-de-açúcar (subdivididas em três frações) quanto à concentração de lignina e teor de cinzas na mesma; Fermentar as amostras in vitro com inoculo proveniente de um bovino fistulado no rúmen; Relacionar causa e efeito entre concentração de lignina e digestibilidade in vitro das amostras. MATERIAL E MÉTODOS A fibra em detergente ácido (FDA) e a lignina detergente ácido (LDA) foram determinadas de acordo com VAN SOEST et al. (1991). Brevemente: a FDA é obtida após tratamento a quente da amostra moída com uma solução do detergente cetil trimetil amôneo brometo em ácido sulfúrico 1 N. Após as devidas lavagens com água e acetona, o resíduo obtido é composto essencialmente de celulose, lignina e cinzas. Ao se determinar um outro tipo de preparação fibrosa, a fibra em detergente neutro (FDN), poder-se-á ter uma estimativa do teor de hemicelulose pela diferença FDN - FDA, uma vez que a FDN é composta de celulose, hemicelulose, lignina e cinzas. Para a quantificação da concentração de lignina pelo método LDA, faz-se necessária a preparação da FDA. O método resume-se em tratar a FDA com uma solução concentrada (72%) de ácido sulfúrico. O resíduo é a lignina detergente ácido. O teor de cinzas da lignina é obtido após incineração da mesma em forno mufla a 550ºC. Um método similar a este, com a diferença que emprega parede celular (PC) ao invés de FDA, é a lignina Klason (LK). O método lignina brometo de acetila (LBA), de autoria de FUKUSHIMA & HATFIELD (2001; 2004) também foi utilizado para fins comparativos. A digestibilidade in vitro foi conduzida de acordo com o protocolo experimental proposto por GOERING & VAN SOEST (1970), que consiste em fermentar a amostra vegetal com líquido ruminal obtido de um bovino com fístula ruminal e tampão adequado. Esta solução foi reduzida através da técnica proposta por FUKUSHIMA et al. (2002). O tempo de incubação foi de 48 horas, em anaerobiose. RESULTADOS Pode-se observar que houve diferenças nos teores de fibra em detergente ácido, de lignina e na digestibilidade in vitro entre as variedades e entre as frações. A fração fibra em detergente ácido é a porção lignocelulósica do bagaço. Não houve grandes flutuações nesta fração entre as variedades, em torno de 60%. Entretanto, detectou-se substancial variação quando foi feita a análise dentro das frações. Para todas as variedades, a fração bagacilho (que representa a porção mais amorfa, o tecido mais parenquimatoso) mostrou os menores teores de FDA em relação à porção fibrosa. Em alguns casos, esta diferença foi superior a 10 pontos percentuais.