Produção de etanol de segunda geração por leveduras isoladas da biodiversidade brasileira : engenharia de biorreatores e estratégias de fermentação - Dall Cortivo, Paulo Roberto (2021)
A exploração da biodiversidade de leveduras e o aperfeiçoamento do processo fermentativo são estratégias que podem gerar avanços que permitam a viabilização industrial da produção de etanol de segunda geração. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo aprofundar o conhecimento sobre as leveduras recentemente prospectadas da biodiversidade brasileira com capacidade de fermentar a glicose e xilose em etanol, bem como, desenvolver estratégias de fermentação de hidrolisados resultantes do tratamento ácido e tratamento enzimático da mistura 1:1 de casca de aveia com casca de soja buscando aperfeiçoar a produção de etanol a partir destes substratos. Na primeira etapa deste estudo, a capacidade de fermentação dos hidrolisados da mistura de casca de aveia com casca de soja pela levedura, recentemente prospectada, Spathaspora hagerdaliae UFMG-CM-Y303 foi avaliada em fermentações em biorreator de tanque agitado e o efeito do oxigênio na conversão da glicose e xilose em etanol foi investigado. Três diferentes condições de aeração do meio de cultura foram testadas (anaerobiose, 0,5 vvm e 1 vvm). Limitações na capacidade de fermentação dos açúcares foram observadas nas culturas em anaerobiose e os parâmetros de produção de etanol se mostraram dependentes da condição de aeração aplicada e da concentração de açúcar do hidrolisado. Os rendimentos de conversão ao etanol (YEtOH/S) variaram de 0,23 até 0,40 g•g-1 e as produtividades volumétricas(QP) variaram de 0,06 até 0,22 g•(L•h)-1. Na segunda etapa do estudo, a fermentação dos hidrolisados da mistura de casca de aveia com casca de soja foi testada em agitador rotacional, biorreator de tanque agitado e biorreator de células imobilizadas utilizando uma ampla diversidade de leveduras dos gêneros Spathaspora, Scheffersomyces, Sugiymaella e Candida, além de uma linhagem de Saccharomyces cerevisiae geneticamente modificada para fermentar glicose e xilose em etanol. Altos rendimentos de conversão ao etanol foram atingidos com a levedura Sp. passalidarum UFMG-CM-469 tanto em microaerofilia (0,42 g•g-1) quanto em anaerobiose (0,43 g•g-1), superando, até mesmo, os rendimentos de Sp. hagerdaliae UFMG-CM-Y303 mostrados na etapa anterior. Aumentos consideráveis na produtividade volumétrica foram atingidos com células de Sp. passalidarum UFMG-CM-469 imobilizadas em LentiKats® fermentando os hidrolisados suplementados com extrato de levedura cru, atingindo 0,30 g•(L•h)-1 na fermentação do hidrolisado resultante do tratamento ácido e 0,29 g•(L•h)-1 na fermentação do hidrolisado resultante do tratamento enzimático. A estabilidade das células imobilizadas em LentiKats® foi testada em fermentações sequenciais de hidrolisados e o desempenho fermentativo se manteve estável por mais de 250 horas de fermentação. Na terceira etapa do estudo, Sp. passalidarum UFMG-CM-469, a levedura que conferiu os melhores resultados ao longo deste trabalho, foi testada em fermentação com células imobilizadas em LentiKats® em biorreator fluidizado e de leito fixo em cultura contínua na taxa de diluição de 0,05 h-1. O biorreator fluidizado mostrou melhores parâmetros fermentativos (YEtOH/S e QP) operando em cultura contínua na taxa de diluição de 0,05 h-1. Aumentos na taxa de diluição do biorreator fluidizado (0,1 e 0,2 h-1) em cultivo contínuo geraram altos valores de produtividade volumétrica de etanol, atingindo 1,69 g•(L•h)-1 na fermentação do hidrolisado resultante do tratamento ácido e 2,74 g•(L•h)-1 na fermentação do hidrolisado resultante do tratamento enzimático.