Resumo: A produção de etanol a partir de biomassas lignocelulósicas por hidrólise via enzimática é dificultada pela estruturação da parede celular vegetal, sendo que pré-tratamentos são necessários para viabilizar o processo. Além disso, uma otimização de pré-tratamentos deve ser feita de forma específica para cada biomassa, devido às diferenças de composição e morfologia que os substratos apresentam. Neste trabalho, pré-tratamentos sequenciais ácidos e básicos aplicados a cascas e palha de arroz foram avaliados utilizando estratégias de design experimental (DOE). Para cascas de arroz, utilizou-se um Planejamento Fatorial Fracionário (FFD) do tipo 25-1 para avaliar os efeitos: concentração de H2SO4, concentração de NaOH, temperatura, tempo e razão sólido/líquido. Em seguida, utilizou-se um Planejamento Composto Central (CCD) para atingir condições experimentais ótimas. A melhor condição alcançada foi em um processo de duas etapas, utilizando H2SO4 1.8% m/m na etapa 1 e NaOH 6% m/m a 85 ?C por 100 min e 12,5% m/m de teor de sólidos na etapa 2. Essa condição resultou em 58,7 mg de glicose/g substrato (12 h de hidrólise enzimática), um aumento de oito vezes, em comparação à casca in natura (7,3 mg/g de substrato). Adicionalmente, a etapa alcalina removeu elevada quantidade de sílica das cascas, que foi isolada com alto rendimento (70%) e pureza (97%), contribuindo para tornar mais viável a produção de etanol a partir de cascas de arroz. Para palha de arroz, a avaliação das mesmas variáveis por um FFD do tipo 25-1 já permitiu a otimização do processo. Nas melhores condições de hidrólise (sem etapa ácida, utilizando NaOH 4,5% m/m a 125 °C por 100 minutos e com 5% m/m de teor de sólidos), 481,9 mg de glicose/ g de substrato foram liberados em apenas 12 h de hidrólise enzimática. Com hidrólises de 24 h, foi possível alcançar rendimentos de conversão de celulose superiores a 90%, significantemente maior que para a palha in natura (HY = 18%). A otimização mostrou que a etapa ácida não é essencial para alcançar elevados rendimentos de hidrólise na palha de arroz, mas pode ser útil para extrair hemicelulose destas biomassas, valorizando o processo com base em uma abordagem de biorrefinaria Ver menos

Abstract: The production of ethanol from lignocellulosic biomasses via enzymatic hydrolysis is hampered by the structure of the plant cell wall, requiring pretreatments to make the process viable. Furthermore, pretreatment optimization must be done specifically for each biomass, due to the differences in composition and morphology of the substrates. In this work, sequential acid and alkali pretreatments applied to rice husk and straw were evaluated using design of experiments (DOE). For rice husks, a 25-1 Fractional Factorial Design (FFD) was used to evaluate the effects: H2SO4 concentration, NaOH concentration, temperature, time and solid/liquid ratio. Then, Central Composite Design (CCD) was used to achieve optimal experimental conditions. The best condition achieved was in a two-step process, using 1.8% w/w H2SO4 in step 1 and 6% w/w NaOH at 85 °C for 100 min and 12.5% w/w of solid content in step 2. This condition resulted in 58.7 mg glucose/g substrate (12 h of enzymatic hydrolysis), an eight-fold increase compared to in natura rusk (7.3 mg/g of substrate). Furthermore, the alkaline removed a large amount of silica from the husk, which was isolated with high yield (70%) and purity (97%), helping to enable the production of ethanol from rice husk. For rice straw, the evaluation of variables by a 25-1 FFD has already allowed process optimization. Under the best hydrolysis conditions (without acid step, using 4.5% w/w NaOH at 125 °C for 100 minutes and with a solid content of 5% w/w, 481.9 mg of glucose were released /g of substrate after only 12 hours of enzymatic hydrolysis. With the 24-hour hydrolysis cellulose conversion yields greater than 90% were obtained, significantly higher than that of fresh straw (HY = 18%). The acid is not essential to achieve high hydrolysis yields from rice straw but can be useful to extract hemicellulose from this biomass, improving the process based on a biorefinery approach Ver menos