Produção de etanol por Kluyveromyces marxianus a partir do hidrolisado celulósico de palha de arroz: avaliação nutriconal e desempenho em biorreator air-lift

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Bonifácio, Tainã Oliveira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Kluveromyces marxianus; Bioreactor air-lift; Biorreator air-lift; Cellulosic ethanol; Etanol celulósico; Nutritional supplementation; Palha de arroz; Rice straw; Suplementação nutricional
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-18012022-114838/

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol por Kluyveromyces marxianus NRRL Y 6860 a partir do hidrolisado celulósico de palha de arroz através da análise nutricional e do desempenho em biorreator air-lift. A palha de arroz in natura composta por (g/100g): celulose, 36,2; hemicelulose 24,4; lignina total 16,37; cinzas 9,3 foi submetida ao pré-tratamento sequencial alcalino e ácido obtendo-se o hidrolisado hemicelulósico (HH) com 18,3 g/L de xilose e a celulignina composta por (g/100g): celulose, 66,4; hemicelulose 7,68; lignina total, 18,01; cinzas 3,5). Na etapa de hidrólise enzimática da celulignina em reator do tipo moinho de bolas vertical com 20% m/v de sólidos foi obtido um hidrolisado celulósico (HC) contendo 108,8 ± 2,1 g/L de glicose. Inicialmente, foi avaliado o crescimento do inóculo de K. marxianus nos hidrolisados obtidos e seu impacto na fermentabilidade do hidrolisado celulósico. De acordo com os parâmetros fermentativos de produtividade volumétrica em etanol (QP) e fator de conversão de açúcares em etanol (YP/S), o inóculo proveniente HC foi o que proporcionou os melhores resultados de fermentação (YP/S = 0,43 g/g e QP = 3,91 g/L). Posteriormente, foi avaliado o efeito da suplementação nutricional (extrato de levedura, (NH4)2SO4, KH2PO4 e MgSO4.7H2O) do HC sobre o desempenho fermentativo de K. marxianus, através de um planejamento experimental 24. Os resultados da análise estatística mostraram que o (NH4)2SO4 teve um efeito significativo e positivo sobre os parâmetros YP/S e QP. No entanto, considerando que os valores de YP/S e QP obtidos durante a fermentação do HC apenas suplementado com 1,0 g/L de (NH4)2SO4 (YP/S = 0,41 g/g e QP =3,81 g/L.h) são próximos aos obtidos no HC sem qualquer suplementação (YP/S = 0,39 g/g e QP = 3,78g/L.h) optou-se pela utilização do HC sem adição de nutrientes nos ensaios fermentativos em reator air-lift. Para avaliar as características de fluidização do reator air-lift foi realizado um estudo dos parâmetros hidrodinâmicos incluindo velocidade superficial do gás na região de subida, tempo de mistura, tempo de circulação, velocidade de circulação do líquido, coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (KLa), e retenção gasosa do reator empregando a água como meio (2L) na temperatura de 40 ± 0,2 °C. Os experimentos fermentativos em air-lift foram conduzidos em hidrolisado celulósico sem adição de nutrientes e em meio semi-definido utilizando glicose como fonte de carbono, nas seguintes condições: 40 ± 0,2 °C, (KLa) de 4,8 ± 0,2 h-1 e concentração celular inicial de 3,5±0,3 g/L. Os resultados mostraram que o desempenho fermentativo de K. marxianus em HC (YP/S =0,31 g/g e QP = 1,60g/L.h) foi inferior ao observado em meio semi-definido (YP/S =0,44 g/g e QP = 6,83 g/L.h), sugerindo o que composição química do hidrolisado, especialmente a presença de inibidores pode ter afetado negativamente o desempenho fermentativo desta cepa. No geral, os resultados obtidos no presente trabalho revelam que o hidrolisado celulósico sem qualquer suplementação nutricional, pode ser empregado na produção de etanol por K. marxianus, sendo ainda necessário mais estudos para melhorar os parâmetros do processo. Destaca-se ainda o grande potencial do biorreator air-lift para produção de etanol por K. marxianus tendo em vista os elevados valores de QP e YP/S obtidos em meio semi-definido nas condições avaliadas.