Processos biotecnológicos para aplicação de vinhaça no conceito de biorrefinaria para o setor sucroenergético

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Silverio, Manuella Souza
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Escherichia coli; Halomonas sp.; Ralstonia eutropha; Bioprocesses; Bioprocessos; Concentrated vinasse; L-threonine; L-treonina; Poli(3-hidroxibutirato); Poly(3-hydroxybutyrate); SuperPro Designer; Vinhaça concentrada
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-07012022-155213/

Economicamente, os elevados volumes de vinhaça tem se tornado onerosos para algumas usinas e, em certo nível, expandir a produção de etanol implica em encontrar soluções para a vinhaça. Neste estudo, o objetivo foi avaliar a aplicação da vinhaça como componente dos meios de cultivo para processos biotecnológicos de produção de L-treonina por E. coli THR14 utilizando glicose como fonte de carbono; e produção de PHB pelas linhagens: a halofílica Halomonas sp. HG03, com sacarose como fonte de carbono; e R. eutropha L359PCJ, que utilizou o glicerol da vinhaça como fonte de carbono. As linhagens foram avaliadas em cultivos em frascos agitados com diluições volumétricas de meio mineral em vinhaça. E. coli THR14 foi cultivada em 25% a 75% (v v-1) de vinhaça in natura. Tratamentos controle e à base de vinhaça tiveram fator de conversão de substrato em biomassa (YX/S) de 0,44 a 0,53 g gGLICOSE-1. As concentrações de biomassa e L-treonina não apresentaram diferença estatística entre o tratamento controle e meios com até 50% (v v-1) de vinhaça. No cultivo de Halomonas sp. HG03 e R. eutropha L359PCJ, meios de cultivo à base de vinhaça in natura e concentrada (ambas a 50% e 75% v v-1) tiveram efeito positivo sobre o crescimento celular e maiores concentrações de vinhaça no meio de cultivo favoreceram o crescimento celular em detrimento do acúmulo de PHB. Nos meios à base de vinhaça, Halomonas sp. HG03 atingiu teores de PHB de 19,6 75,2% e R. eutropha L359PCJ, de 48,4 68,5% e, com 50% (v v-1) de vinhaça concentrada, estas linhagens tiveram síntese de PHB com fatores de conversão de substrato em produto (YP/S), respectivamente, de 0,23 ± 0,02 g gSACAROSE-1 e 0,34 ± 0,03 g gGLICEROL-1. As linhagens produtoras de PHB foram em seguida cultivadas em biorreator em bateladas sucessivas com meios de cultivo à base de vinhaça concentrada (50% v v-1). R. eutropha L359PCJ atingiu teor de PHB de 66,3%, concentrações de biomassa residual (MSCr) = 9,4 g L-1 e PHB = 18,6 g L-1, com YX/S = 0,16 g gGLICEROL-1, YP/S = 0,32 g gGLICEROL-1 e produtividade de PHB de 0,25 g Lh-1. Halomonas sp. HG03 obteve resultados de teor de PHB de 45,7%, MSCr = 9,8 g L-1, PHB = 8,3 g L-1, YX/S = 0,18 g gSACAROSE-1, YP/S = 0,16 g gSACAROSE-1 e produtividade de PHB de 0,12 g Lh-1. Finalmente, o bioprocesso empregando a vinhaça para produção de PHB por R. eutropha L359PCJ foi analisado no \"software\" SuperPro Designer quanto à redução de custos. Obteve-se que 40,8% dos custos totais de produção foram associados a matérias-primas. O uso da vinhaça como fonte parcial da fonte de carbono e demais nutrientes de meio de cultivo significou uma redução de 13,1% destes custos de produção. O uso de meios de cultivo à base de vinhaça concentrada associado a melhorias de processo para produtividade de produto e maiores densidades celulares simulou processos com custos de produção unitária de US$ 3,57 5,37/kgPHB e tempos de \"payback\" de 2,5 4,4 anos.