A biomassa lignocelulósica é uma das matérias-primas de maior importância para biorrefinarias devido a seu baixo custo, abundância e seu caráter renovável. Durante o processamento destas biomassas são obtidos hidrolisados ricos em açúcares fermentescíveis, nos quais, além dos açucares podem estar presentes compostos potencialmente inibidores do metabolismo microbiano. Uma estratégia para melhorar os processos de bioconversão microbiana dos açúcares presentes nos hidrolisados são os processos de destoxificação. Os Processos Oxidativos Avançados (POAs) apresentam potencial para aplicação na destoxificação de hidrolisados, porém, pesquisas sobre tal aplicação ainda são escassas. Desta forma o presente estudo avaliou o emprego de POAs para destoxificação de hidrolisados de materiais lignocelulósicos, comparando-o à métodos amplamente estudados, como uso de Carvão ativado e Overliming, e avaliando ainda novas estratégias de uso combinado (Overliming-POAs). Foram também avaliadas a aplicação de POAs na destoxificação de hidrolisados de diferentes biomassas vegetais (palha de arroz, bagaço de cana-de-açúcar e borra de café). Em todas as etapas dos estudos foram considerados os efeitos dos tratamentos sobre a redução do teor de compostos inibidores e sobre a bioconversão dos açúcares dos hidrolisados pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL-Y-7124, como modelo de processo de bioconversão. Na comparação dos diferentes métodos de destoxificação do hidrolisado hemicelulósico de palha de arroz empregando os métodos de POAs, Overliming, Carvão ativado e Combinação de Overliming-POAs, foram alcançadas reduções na concentração de compostos fenólicos de baixa massa molecular (94%, 84%, 44% e 97%, respectivamente), compostos fenólicos totais (40%, 31%, 24% e 58%, respectivamente) e furanos (71%, 63%, 90% e 70%, respectivamente). Os tratamentos por POAs e Carvão ativado foram os únicos que preservaram a concentração de açúcares no hidrolisado tratado, sendo o tratamento por POAs o que proporcionou maior recuperação volumétrica de hidrolisados tratado (cerca de 93%). No processo de bioconversão dos açúcares a etanol por S. stipitis, foram observadas melhoras no crescimento celular, consumo de açúcares e produção de etanol em decorrência do tratamento do hidrolisado por POAs, Overliming e pela combinação destes. Comparado ao acúmulo de etanol no cultivo em hidrolisado não tratado (3,8 g/L em 120 h), foram alcançadas concentrações quatro vezes maiores em hidrolisado tratado por POAs (21,6 g/L) e Overliming (18,7 g/L) e seis vezes maior para hidrolisado tratado com a combinação de Overliming-POAs (33,2 g/L). Na comparação econômica simplificada, o menor custo operacional por unidade volumétrica de etanol produzido foi estimado para o tratamento por POAs (USD 859,47/m3 ), sendo inferior ao estimado para o hidrolisado não tratado (USD 1.481,23/m3 ). O tratamento por POAs se mostrou eficaz na destoxificação de hidrolisados hemicelulósicos de diferentes biomassas, como palha de arroz, bagaço de cana-de-açúcar e borra de café. Verificou-se ainda que POAs foi capaz reduzir a concentração de compostos inibidores (entre 49% e 68% para de compostos fenólicos de baixa massa molecular e 11% e 62% para furanos), além de melhorar a etapa subsequente de bioconversão dos açúcares presentes nos hidrolisados tratados (com aumentos de 2 a 5 vezes na produção de etanol). Desta forma, este estudo demonstrou que o método de destoxificação por POAs podem ser aplicados com eficácia para a destoxificação de diferentes hidrolisados, sendo economicamente vantajoso frente a outros métodos de destoxificação.

Lignocellulosic biomass plays an important role as a raw material in the biorefineries due to its low cost, abundance and renewable nature. During biomass processing a hydrolysate rich in fermentable sugars are obtained, along with other compounds potentially inhibiting microbial metabolism. Detoxification processes represent a strategy to improve the microbial bioconversion of hydrolysates sugars. Advanced Oxidation Processes (AOPs) have potential for application in hydrolysates detoxification; however, they are still scarcely explored. Thus, the present study evaluated the use of AOPs for lignocellulosic biomass hydrolysates detoxification, comparing it to the widely studied methods, such as the use of Activated Charcoal and Overliming, and evaluating new strategies of combined use (Overliming POAs). The application of AOPs in the detoxification of hydrolysates from different biomasses (rice straw, sugarcane bagasse and spent coffee grounds) was also evaluated. At all stages of the studies, the effects of treatments on the reduction of the content of inhibitory compounds and on the bioconversion of sugars in hydrolysates by the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL-Y-7124 were considered, as a model of the bioconversion process. The different methods of detoxification of rice straw hemicellulosic hydrolysate, by POAs, Overliming, Activated charcoal and Combination of Overliming-AOPs, were able to reduce the concentration of low molecular weight phenolic compounds (94%, 84%, 44% and 97%, respectively), total phenolic compounds (40%, 31%, 24% and 58%, respectively) and furans (71%, 63%, 90% and 70%, respectively). The treatments with AOPs and activated carbon were the only ones that preserved the concentration of sugars in the treated hydrolysate. In addition, the treatment with AOPs provided the highest volumetric recovery of treated hydrolysates (about 93%). In the process of bioconversion of sugars to ethanol by S. stipitis, improvements in cell growth, sugar consumption and ethanol production were observed as a result of the treatment of the hydrolysate by AOPs, Overliming and their combination. Compared to the accumulation of ethanol in cultivation in untreated hydrolysate (3.8 g/L in 120 h), four times higher concentrations were achieved in hydrolysate treated by AOPs (21.6 g/L) and Overliming (18.7 g/L) and six times higher for hydrolysate treated with the Overliming-AOPs combination (33.2 g/L). In the simplified economic analysis, the lowest operating cost per volumetric unit of ethanol produced was estimated for the treatment by AOPs (USD 859.47/m3 ), which was lower than that estimated for the untreated hydrolysate (USD 1,481.23/m3 ). AOPs treatment proved to be effective in the detoxification of hemicellulosic hydrolysates from different biomasses, such as rice straw, sugarcane bagasse and spent coffee grounds. It was also found that AOPs were able to reduce the concentration of inhibitor compounds (between 49% and 68% for low molecular weight phenolic compounds and 11% and 62% for furans), in addition to improving the subsequent stage of bioconversion of the sugars present in treated hydrolysates (with two to five times increases in ethanol production). Thus, this study demonstrated that AOPs detoxification method can be effectively applied for the detoxification of different hydrolysates, being economically advantageous compared to other detoxification methods.