Hemicelluloses from Pinus radiata wood chips were extracted using different conditions of temperature, time and initial pH of water (120 to 170°C, 30 to 120 min and pH 2 to 12, respectively). Results showed that hemicelluloses represented 26% of wood dry weight and, from this amount, hexoses are responsible for 64% of its composition. The analysis of extraction results showed that pH has a low effect in disassembling hemicelluloses from wood, and that time and temperature of reaction were the most important parameters. Maximal amount of hemicellulose extracted in the most severe conditions tested was between 12-16% (on wood basis). In these conditions approximately 40-50% of the hemicellulose in wood was solubilized. As observed by SEC analysis, the recovered hemicellulosic fractions were in the form of low molar mass oligomers with Mw varying from 3720 to 54300 g/mol. The FT-IR spectra show peak multiplicity between 1120 and 1000 cm-1 that is a typical characteristic of carbohydrates and only alkaline-extracted hemicelluloses showed the presence of lignin with a characteristic peak at 1509 cm-1.

As galactoglucomananas são as principais frações de hemiceluloses presentes nas madeiras moles e contêm, principalmente, as hexoses galactose, glicose e manose. O isolamento eficiente e seletivo dessas hemiceluloses é um obstáculo crítico a superar para sua utilização. Os objetivos deste trabalho foram extrair e caracterizar soluções aquosas ácidas e neutras de hemiceluloses de cavacos de madeira de Pinus radiata, bem como avaliar sua viabilidade para a produção de bioetanol. As hemiceluloses em P. radiata representam 26 g/100 g de madeira (base seca), e as hexoses são responsáveis por aproximadamente 64% dessa quantidade. De acordo com as diferentes condições de extração, cerca de 50% da fração hemicelulósica foi solubilizada e recuperada depois de uma precipitação com etanol. As frações recuperadas de hemiceluloses estavam na forma de oligômeros com peso molecular médio (Mw) variando entre 4x10³ e 4x10(5) g/mol. Os oligômeros hemicelulósicos foram hidrolisados com ácido sulfúrico diluído e os hidrolisados concentrados até aproximadamente 70 g/L hexosas e fermentados pela levedura Saccharomyces cerevisiae. Os resultados de fermentação indicaram que os açúcares obtidos dos extratos ácidos e neutros foram fermentados com rendimentos máximos de etanol de 63% e 54% (22 g/L e 19 g/L), respectivamente. A conversão de hemiceluloses da madeira em etanol é viável, porém seu baixo rendimento faz que o processo não seja economicamente atrativo, razão por que melhorias no processo ou usos alternativos das hemiceluloses devem ser avaliados.

Galactoglucomannans are the major hemicellulosic fraction present in softwoods, and is mainly composed by the hexoses: galactose, glucose and mannose. The efficient and selective isolation of these hemicelluloses is regarded as one of the most critical obstacles to overcome for their utilization. The objective of the current work was to extract and characterize acidic and neutral aqueous solutions of hemicelluloses from Pinus radiata wood chips and investigate their feasibility for bioethanol production. Hemicelluloses in P. radiata represented 26 g/100 g wood (o.d.w.) and hexoses are responsible for approximately 64% of this amount. According to the different extraction conditions, approximately 50% of the hemicellulosic fraction was solubilized and recovered after precipitation with ethanol. The recovered hemicellulosic fractions were in the form of oligomers with weight-average molecular weigth (Mw) varying from 4x10³ to 4x10(5) g/mol. Hemicellulosic oligomers were hydrolyzed with dilute sulfuric acid and the hydrolysates concentrated until approximately 70 g/L of hexoses and fermented by Saccharomyces cerevisiae yeast. Fermentation results showed that sugar obtained from acid and neutral extractions were fermented to ethanol with maximum yields of 63% and 54% (22 g/ L and 19 g/L), respectively. The conversion of wood hemicellulosic substrates to ethanol is feasible but the low ethanol yields obtained make the process not economically attractive and optimization of the process or alternatives uses for hemicelluloses should be evaluated.

Os efeitos da polpação kraft nas propriedades interfaciais da polpa de eucalipto brasileiro foram investigados usando titulação com polieletrólito (PT) e medidas de ângulo de contato. Mudanças na composição química da superfície foram avaliadas por espectrometria de reflexão total atenuada no infravermelho (FTIR-ATR), combinada com análise de componentes principais (PCA). O aumento do álcali ativo na polpação provocou a remoção de lignina da superfície, de acordo com FTIR-ATR e PCA. A carga superficial diminuiu enquanto a energia superficial e trabalho de adesão com a água (Wap) aumentaram. O componente ácido-base (Wap-AB) foi indentificado como o causador do aumento em Wap. Nossos resultados sugeriram que a remoção de lignina superficial combinada com a exposição de carbohidratos e mobilidade superficial de extrativos são as principais causas das modificações nas propriedades interfaciais geradas pela polpação kraft. A contribuição das propriedades superficiais no desenvolvimento de seqüências de branqueamento e novos produtos de polpa também foram discutidos.

The effects of kraft pulping on the interfacial properties of eucalypt pulp fibres were investigated using polyelectrolyte titration (PT) and contact angle measurements. Changes on surface composition were assessed by FTIR-ATR spectrometry combined with principal component analysis (PCA). Surface lignin was removed by increase in active alkali in pulping as indicated by FTIR-ATR and PCA. In parallel, the surface charge decreased while the surface energy and work of adhesion with water (Wap) increased. The acid-base component (Wap-AB) explained the increase of Wap. Our results suggested that the removal of surface lignin, exposure of carbohydrates and surface mobility of extractives are the main contributors to modifications of interfacial properties by kraft pulping. The role of interfacial properties on development of bleaching sequences and new pulp products was also briefly discussed.

Os efeitos da composição química total e da superfície nas propriedades mecânicas (MP) da polpa kraft de eucalipto foram investigados usando cromatografia líquida (HPLC), microscopia eletrônica de varredura (SEM), espectroscopia de fotoelétrons de raio X (XPS) e análise de components principais (PCA). Imagens em SEM das regiões fraturadas durante testes de rasgo (TrID), tração (TsID) e estouro (BuID) em amostras refinadas mostraram deformação das fibras e uma baixa proporção de fibras quebradas, indicando rupturas inter-fibras no arranjo fibroso. TrID de amostras não refinadas foi afetado pela cobertura surperficial de lignina (SLig), enquanto que TSID e BuID foram afetados pela cobertura superficial de extrativos (SExt) e carbohidratos (SCar). Após o refino, TrID foi afetado por ácidos urônicos presentes na xilana e a influência da composição química total foi muito mais pronunciada. Nossos resultados indicaram que as ligações fibra-fibra foram o fator limite para as MP mais do que a resistência das fibras individuais. Uma estratégia combinando modificação da superfície das fibras com a preservação de polisacarídeos durante a polpação foi sugerida para aprimorar as MP desse material.

The effects of bulk and surface chemical composition on the mechanical properties (MP) of eucalyptus kraft pulp were investigated using Liquid Chromatography (HPLC), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Principal Component Analysis (PCA). SEM images of fractured regions during tear (TrID), tensile (TsID) and burst (BuID) tests of refined pulps showed fibre deformation and low proportion of broken fibres, indicating an inter-fibre failure in the sheet network. TrID of unrefined samples was affected by lignin surface coverage (SLig) while TsID and BuID were affected by surface coverage of extractives (SExt) and carbohydrates (SCar). After refining, TrID was affected by uronic acids (UA) in xylan and the influence of bulk composition was more pronounced. Our results also indicated that the fibre-to-fibre bonding rather than the individual fibre strength was the limit factor for MP. A strategy combining surface modification and preservation of polysaccharides in pulping was suggested to improve the MP of this material.

Um planejamento fatorial completo foi empregado na investigação dos efeitos das variáveis de polpação kraft de eucalipto nas retenções de carbohidratos e lignina. As influências da retenção desses componentes nas propriedades físico-químicas e mecânicas da polpa foram avaliadas usando o método de Análise de Componentes Principais. O álcali ativo (AA) foi a variável que mais afetou a degradação macromolecular da celulose e as retenções de xilana e lignina. A retenção da celulose não foi afetada. O uso de baixo nível de AA na polpação favoreceu todas as propriedades mecânicas da polpa, porém apresentou efeito negativo na alvura ISO e número kappa. O grau médio de polimerização da celulose apresentou relação com o módulo elástico e com o índice de tração enquanto que a xilana apresentou relação com densidade aparente das folhas. O índice de rasgo apresentou influência positiva do comprimento médio das fibras e dos ácidos urônicos, que foram preservados na xilana possivelmente devido a combinação de baixo AA, baixa espessura dos cavacos e curto ciclo de polpação. A característica, mais do que o conteúdo de xilana na polpa, foi sugerido como fator relevante ao índice de rasgo.

Effects of pulping variables on the retention of carbohydrates and lignin in fast kraft pulping of eucalyptus were investigated using a complete factorial design. Influences of pulp chemical composition on physicochemical and mechanical properties were evaluated using Principal Component Analysis. Active alkali (AA) significantly affected the macromolecular degradation of cellulose and retention of xylan and lignin. Cellulose retention was unaffected. The use of low AA in pulping improved all mechanical properties, but increased the kappa number and reduced ISO brightness. The degree of polymerization of cellulose was related to tensile index and elastic modulus while xylan affected the apparent sheet density. Tear index had a positive influence of fiber length and uronic acid groups, which were preserved in xylan by a combination of low AA, thin wood chips and a short pulping cycle. The characteristics, rather than the content of xylan, were suggested to be relevant to tear index.