Potencial biotecnológico da biomassa - influência do pré-tratamento enzimático para a digestão anaeróbia e fermentação alcoólica - Pinheiro, Vanessa Elisa (2021)
O consumo de energia aumentou à medida que a população mundial cresceu e os países se industrializaram. A energia é vital para praticamente todas as atividades humanas, por exemplo, iluminação, produção alimentícia, aquecimento, cozimento de alimentos, produção industrial e transporte. Atualmente, o bem-estar mundial e a competitividade industrial dependem da sustentabilidade e acessibilidade a energia. Os biocombustíveis são alternativas ecológicas de energia renovável que minimizam a dependência de fontes de energia fóssil. A biomassa pode ser utilizada como substrato para esses combustíveis renováveis, porém o pré-tratamento do substrato é uma etapa útil neste processo, pois facilita e acelera a hidrólise de materiais compostos. O objetivo deste trabalho foi (1) triar, selecionar, estudar e otimizar a formulação de coquetéis enzimáticos para a hidrólise de biomassa, onde as enzimas fornecidas foram tanto de origem comercial (Trichoderma reesei, Novozymes®) quanto de cultivo de micro-organismos (Aspergillus brasiliensis e Aspergillus tamarii Kita); (2) estudar a digestão anaeróbia da biomassa selecionada (i) quando hidrolisada ou não e (ii) em co-digestão com dejeto bovino; e (3) comparar a fermentação alcoólica da biomassa selecionada quando a hidrólise enzimática e fermentação são simultâneas ou separadas. Planejamentos experimentais de mistura foram realizados para otimizar a conversão de substratos enzimáticos em açúcares simples. O extrato bruto rico em amilase (AMI) teve uma influência positiva significativa na hidrólise do farelo de milho (Zea mays), maximizando a liberação de Açúcar Redutor (AR) (173 µmol/mL). CelluclastTM, rico em celulase, teve um efeito significativo na hidrólise da casca de banana (Musa ssp.), maximizando a produção de AR (175 µmol/mL). Estudos posteriores mostraram que o pré-tratamento enzimático de farelo de milho por AMI, contendo principalmente enzimas degradantes de amido, quando numa carga enzimática de 1:10 m/v (g de massa seca do substrato/ mL de extrato enzimático adicionado) a 45 °C por 48 h, resultou na hidrólise de 79 ± 5% dos carboidratos do substrato. Além disso, os testes de produção de metano mostraram que houve um aumento significativo na produção específica desse gás durante os ensaios em batelada quando as enzimas foram adicionadas diretamente ao digestor ou quando o hidrolisado de farelo de milho foi digerido. Além disso, foram encontrados efeitos sinérgicos ao co-digerir farelo de milho e dejeto bovino, levando a uma maior produção de metano (280 NmL / g SV) do que (200 NmL / g SV) a calculada com base no potencial de CH4 dos substratos individuais. Com relação aos efeitos a longo prazo, os experimentos semi-contínuos em escala laboratorial também demonstraram que a co-digestão de farelo de milho e dejeto bovino (1:1 na base de SV) levou a um processo estável ao longo do período de tempo estudado de 140 dias, atingindo uma taxa de carga orgânica de 3 g SV/L/dia e atingindo uma produção diária de metano de 1280,12 ± 99,4 NmL CH4/dia. No entanto, quando o farelo de milho foi investigado em mono-digestão, ou quando AMI foi adicionado diretamente durante a digestão semi-contínua do farelo, o acúmulo de ácidos graxos voláteis foi observado, o que levou a uma redução no pH. Por fim, a fermentação alcoólica a partir do farelo de milho pré-sacarificado com extrato enzimático bruto produzido por fungo filamentoso selvagem apresentou 100% de potencial etanólico com relação ao potencial teórico, o que mostra a promissora aplicação das enzimas brutas em processos industriais bioenergéticos.