Desenvolvimento de processo de produção de etanol a partir de milho: utilizando aerobiose para multiplicação celular, fermentação com alto teor alcoólico e reciclo celular

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Oliveira, Matheus Ribeiro Barbosa
• 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: Aeração; Aeration; Biocombustível; Biofuel; Cell growth; Crescimento celular; Estresse osmótico; Nutrição; Nutrition; Osmotic stress; Silica; Suplementação; Supplementation
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-10122024-151500/

Nos últimos anos, a indústria de etanol de milho no Brasil vem crescendo de forma acentuada. Esse crescimento é impulsionado pelos compromissos internacionais assumidos pelo Brasil na Conferência de Paris sobre Mudança Climática de 2015 (COP21), que exigem a produção de bioenergia mais eficiente e sustentável na matriz energética nacional. Para suprir esse aumento na produção de etanol de milho será necessário aumentar unidades industriais assim como a aprimorar tecnologias para aumentar a eficiência do processo. Dessa forma, o presente trabalho procurou contribuir por meio de alternativas para aperfeiçoar o processo de produção do etanol nas usinas. Esta pesquisa visou contribuir com estudos em duas áreas principais: 1) o estudo investigou como a aeração pode aumentar a produção de biomassa de levedura por unidade de carboidrato contido no substrato, o que pode proporcionar uma fonte alternativa de receita para a indústria de etanol de milho. 2) a pesquisa avaliou como a suplementação com sílica 500 mg L-1 e vitaminas em conjunto com aeração (0,2 v v-1 min-1) concentrações de etanol com reciclo celular, visando elevar a produtividade e o rendimento nas usinas. Para isso, inicialmente, foi realizado o crescimento celular por aerobiose da levedura Saccharomyces cerevisiae Thermosacc Dry® em sistema de batelada alimentada sob diferentes níveis de aeração (0,5 1,0 e 1,5 v v-1 min-1). Nesse estudo foi possível verificar que leveduras cultivadas com aeração de 0,5 v v-1 no reator apresentaram maior formação de biomassa e rendimento celular e menor formação de ácidos orgânicos que as leveduras cultivadas em níveis de aeração de 1,0 e 1,5 v v -1 min-1 no reator. Além disso, o estudo demostrou que a adoção do processo de produção por aerobiose da levedura traz diversos benefícios para usina. Esses benefícios incluem o aumento da produção de levedura por unidade substrato consumido e a utilização da levedura para compor o DDG. Essa otimização permite utilizar essa levedura adicionalmente produzida para aumentar a produção de etanol e melhorar o teor de proteína de grãos secos de destilaria (DDG), produzindo assim um coproduto com maior valor de mercado. Após o processo de crescimento celular por aerobiose as leveduras crescidas em 0,5 v v-1 min-1 de aeração no reator foram utilizadas para realizar a fermentação com alto teor alcoólico em batelada alimentada e realizando o processo de reciclagem do fermento ao longo de 5 ciclos consecutivos. Nesse estudo foi observado que suplementação do meio fermentativo com sílica 500 mg L-1, contribuiu para proteger as células de levedura, minimizando os estresses que as leveduras sofrem durante o processo fermentação com alto teor alcoólico ao longo dos 5 ciclos fermentativos. Essa proteção resultou em altos índices de viabilidade celular, alcançando 89,2%, e rendimento fermentativo de 84,4%. O estudo também explorou a possibilidade de suplementar o mesmo mosto com vitaminas juntamente com aeração (0,2 v v-1 min-1 como um recurso alternativo para sustentar o rendimento fermentativo em vez da adição de sílica. Contudo a suplementação do meio fermentativo com vitaminas em conjunto com a aeração a uma taxa de 0,2 (v v-1 min-1) proporcionou o desvio de parte dos açúcares redutores totais disponíveis para aumentar a produção de biomassa celular em 27,3%, em vez de convertê-los em etanol resultando em menor rendimento fermentativo (81,3%). Conclui-se que utilizando a sílica 500 mg L-1 ajudou a proteger as células das leveduras do estresse causado pelo etanol ao longo dos ciclos 9 fermentativos, resultando em maiores rendimentos fermentativos. Enquanto a utilização das vitaminas em conjunto com a aeração contribuiu para aumentar a produção de biomassa celular o que resultou em menor conversão de açúcar em álcool.