Produção e destoxificação de hidrolisado ácido de bagaço de cana-de-açúcar visando a otimização de leveduras fermentativas

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Candido, João Paulo [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Adsorvente biológico; Etanol hemicelulósico; Etanol de segunda geração; Materiais lignocelulósicos; Degradação respirométrica; Adsorbents biologics; Hemicellulosic ethanol; Lignocellulose materials; Second generation etanol; Respirometric degradation
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/202450

O etanol de segunda geração (E2G) tem perspectiva de se tornar uma importante alternativa bioenergética. O desenvolvimento dessa tecnologia está associada à utilização de materiais lignocelulósicos, com destaque para subprodutos agrícolas e agroindustriais dos quais são extraídos açúcares fermentesíveis, principalmente xilose e glicose. A hidrólise ácida despolimeriza a hemicelulose contida nestes materiais liberando principalmente xilose. Subsequentemente a celulose é convertida em glicose por hidrólise enzimática. Contudo, os processos químicos para despolimerização da hemicelulose e para alteração da estrutura da celulose produzem compostos tóxicos, como, derivados do furano, fenólicos e ácidos orgânicos, que podem ser prejudiciais à fermentação. Desta forma, este estudo busca destoxificar o hidrolisado ácido de bagaço de cana-de-açúcar utilizando diferentes materiais adsorventes, avaliar a viabilidade celular após a destoxificação, quantificar o rendimento fermentativo utilizando Saccharomyces cerevisiae (PE-2) e Scheffersomyces stipitis (NRRL Y-7124), além de caracterizar quimicamente a vinhaça e avaliar sua biodegradação (Bartha e Pramer, 1965) e toxicidade mediante ensaios com Lactuca sativa e Daphnia similis. A fração líquida obtida do hidrolisado ácido (HA) (pH 5.5) de bagaço de cana-de-açúcar foi utilizada como fonte de pentoses (17.70 g L-1) e melaço (ME) de cana-de-açúcar como fonte de hexoses (47.00 g L-1). Diferentes concentrações ácidas foram utilizadas na hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar (1-5% m/v H2SO4). Foram utilizados os adsorventes: carvão ativado, argila, hidrotalcita e células ativas e inativas de S. cerevisiae and S. stipitis, em concentrações que variaram (1 – 8 % m/v). A fermentação foi conduzida sob 48 h com cultura isolada e cultura mista (S. cerevisiae e S. stipitis). Subsequentemente as vinhaças (vinhaça sem o processo de destoxificação e com o processo de destoxificação) provenientes da fermentação etanólica foram avaliadas sob diferentes concentrações de condicionamento em solo (2,5; 5,0 e 10,0 %) para estudo da biodegradabilidade. O teste de toxicidade foi realizado em concentrações que variaram de 1,5 a 10 %. Resultados de crescimento celular e viabilidade permitiram selecionar as concentrações mais efetivas de adsorventes (4 e 8 % m/v), com destaque para o adsorvente biológico (células ativas de PE-2) que apresentaram remoção de 66 % de furfural, 51 % de 5-hidroxi-metil-furfural (5-HMF) e produtividade alcoólica de 23,5 g L-1 (48 h) quando foi utilizado substrato com HA e ME na presença PE-2 e NRRL Y-7124. Os ensaios de caracterização química indicam alta carga orgânica e mineral nas amostras de vinhaças, compatíveis com a vinhaça de etanol de primeira geração, que sob determinadas condições (condicionamento no solo a 2.5 %) possibilita alta eficiência na biodegradação (> 80 %). Bioensaio com L. sativa sinaliza que a vinhaça proporciona crescimento radicular quando administrada sob baixa concentração (≤ 2,5 %), e toxicidade aguda com 50 % de imobilização para D. similis em concentração na ordem de 4,5 %. Este estudo indica que o uso de adsorventes contribuiu para melhorar a qualidade do hidrolisado, com enfase para o uso do adsorvente biológico, que proporcionou melhores taxas de crescimento cellular, redimento fermentativo e para nos ensaios de biodegradação e toxicidade. Estes dados indicam uma importante aplicação deste material adsorvente na destoxificação de hidrolisado ácido de bagaço de cana de açúcar.