Fermentação etanólica de hidrolisados ácidos e hidrolisados de cultivo em estado sólido a partir de material lignocelulósico - Zumpano, Carolina Brito Codato (2022)
O Brasil é o maior produtor de etanol do mundo obtido a partir da cana-de açúcar, sendo processadas milhões de toneladas anuais desta matéria-prima. Neste cenário, ainda seria possível incrementar esta produção a partir do chamado “etanol de segunda geração”, obtido a partir da hidrólise e fermentação de material lignocelulósico, como o bagaço de cana-de- açúcar ou resíduos florestais de florestas de eucalipto. Ambos apresentam majoritariamente em sua composição celulose, hemicelulose e lignina. Entretanto, para uma conversão eficiente do material lignocelulósico, métodos de pré-tratamento físico, químico ou biológico são adotados para permitir maior exposição das moléculas de celulose e hemicelulose aos agentes hidrolíticos. Diante disso, o processo conhecido como “cultivo em estado sólido” (CES), foi adotado no estudo para promover a hidrólise do bagaço de cana pré-tratado anteriormente, via crescimento de Aspergillus niger e Trichoderma reesei. Nesse sentido, visando o aproveitamento de pentoses e hexoses oriundas dos processos de hidrólise, foi realizado uma seleção com as leveduras Saccharomyces cerevisiae, Pichia stipitis, Candida materiae e Wickerhamomyces anomalus em hidrolisado microbiano, obtido após o CES, e posterior avaliação do perfil de crescimento de W. anomalus em meio de cultura contendo xilose, arabinose, celobiose, ácido acético ou etanol como única fonte de carbono, em diferentes concentrações. Ainda nesse sentido, a levedura W. anomalus apresentou maior velocidade específica de crescimento a partir de hidrolisado microbiano, e foi capaz de crescer na presença de diferentes açúcares liberados durante o CES obtendo-se as velocidades específicas de crescimento máximas em glicose (0,3 h-1), xilose (0,15 h-1), arabinose (0,2 h-1)e celobiose (0,25 h-1), sendo tolerante até 0,12% de ácido acético (0,20 h-1). Após a seleção, avaliou-se a produção de etanol por linhagens de W. anomalus e S. cerevisiae a partir de hidrolisados microbianos, obtidos por CES e hidrolisado ácido, como comparativo. Os resultados demostraram que houve maior liberação de glicose e xilose a partir da hidrólise enzimática com coquetel comercial das partículas de bagaço de cana oriundas do pré- tratamento hidrotérmico, quando comparado com a biomassa florestal de eucalipto. Além disso, a utilização de vinhaça como solução nutriente nos ensaios de CES forneceram melhores resultados para fermentação do hidrolisado microbiano, utilizando S. cerevisiae (rendimento de 0,40 g etanol por g glicose). O perfil de assimilação de carbono e a atividade enzimática dos fungos envolvidos no CES revelou que o tempo de cultivo é fundamental para permitir maiores liberações de ART para o hidrolisado microbiano, visto que o efeito na concentração de açúcares tende a ser inversamente proporcional ao tempo, devido o maior crescimento dos fungos envolvidos na hidrólise sustentado pelos açúcares liberados no cultivo. Além disso, os espectros da transformada de Fourrier (FTIR) demonstraram maiores alterações estruturais nas partículas de bagaço de cana após os pré-tratamentos mais severos (ácido e hidrotérmicos). Entretanto, também foram detectadas alterações nas partículas que passaram pelo CES, principalmente em termos de hemicelulose e lignina. Na fermentação dos hidrolisados microbianos observou-se elevados rendimentos de açúcares (glicose, xilose e arabinose) em etanol principalmente para hidrolisados do bagaço organosolv (0,54 g etanol g açúcares-1) e in natura (0,53 g etanol g açúcares-1).