Análise da produção de etanol 2G de pseudocaule de bananeira por cocultura microbiana em bateladas sequenciais

Abstract

O uso de fontes renováveis de energia, entre as quais se destaca a energia de biomassa, é caracterizado por produzir menores impactos ambientais do que o uso de combustíveis fósseis. Os rejeitos e os resíduos agrícolas, por apresentarem quantidades significativas de carboidratos e em função da sua abundância e do seu caráter renovável, ocupam lugar de destaque entre as biomassas disponíveis no Brasil para aproveitamento energético. Na região nordeste da Santa Catarina, a biomassa da bananicultura tem sido avaliada como uma destas fontes, tanto para a geração de calor por combustão (briquetes) como para a produção de etanol de primeira (1G) e segunda geração (2G). Até o momento, para a obtenção de etanol, tem sido empregado o processo fermentativo descontínuo simples com uma única cultura microbiana (Saccharomyces cerevisiae). Este trabalho teve como objetivo produzir etanol de segunda geração a partir do pseudocaule de bananeira empregando cocultura microbiana e diferentes formas de condução de processo. Inicialmente foram realizados ensaios em batelada com monocultura de quatro diferentes espécies de micro-organismos mundialmente conhecidos como fermentadores de hexoses (Saccharomyces cerevisiae e Zymomonas mobilis) e pentoses (Scheffersomyces stipitis e Pachysolen tannophilus). A partir desses resultados pode-se concluir que todos são capazes de metabolizar aproximadamente 100 g/L de açúcares redutores em até 24 h e produzir em torno de 40 g/L de etanol, exceto S. stipitis. Nos ensaios em batelada repetida, o emprego da cocultura microbiana na fermentação de caldo de pseudocaule de bananeira previamente sacarificado, propiciou incremento na produtividade do processo batelada simples em torno de 23% em comparação ao mesmo tipo de processo empregando cada um dos micro-organismos avaliados (S. cerevisiae e P. tannophilus) de forma isolada. Não houve diferença significativa (Teste de Tukey para p?0,05) entre os valores de rendimento e produtividade volumétrica em etanol obtidos nos ensaios de batelada repetida ao substituir-se diferentes volumes de caldo fermentado (40% e 60%) por igual volume de meio fresco (cortes). O processo de destoxificação do caldo de pseudocaule de bananeira com carvão ativo auxilia diminuindo a inibição do crescimento do micro-organismo. Tanto o aumento da concentração inicial de inóculo (3,0 g/L para 17 g/L) quanto o processo de operação por batelada sequencial, atuaram sinergicamente para o aumento da produtividade em etanol em torno de 60% quando comparado ao processo de batelada simples.

Abstract: The use of renewable energy sources, including biomass energy, is characterized by lower environmental impacts than the use of fossil fuels. Rejects and agricultural residues, because they present significant amounts of carbohydrates and due to their abundance and their renewable character, occupy a prominent place among the biomasses available in Brazil for energy use. In the northeast region of Santa Catarina, biomass of banana farming has been evaluated as one of these sources, both for the generation of heat by combustion (briquettes) and for the production of first (1G) and second generation (2G) ethanol. To date, the simple discontinuous fermentative process with a single microbial culture (Saccharomyces cerevisiae) has been used to obtain ethanol. This work aimed to produce second generation ethanol from the banana tree pseudostem using microbial co-culture and different forms of process conduction. Initially, batch trials with monoculture were carried out on four different species of microorganisms known worldwide as fermenters of hexoses (Saccharomyces cerevisiae and Zymomonas mobilis) and pentoses (Scheffersomyces stipitis and Pachysolen tannophilus). From these results it can be concluded that all are able to metabolize approximately 100 g/L reducing sugars in up to 24 h and produce around 40 g/L ethanol, except S. stipitis. In the repeated batch tests, the use of microbial co-culture in the fermentation of previously saccharized banana tree pseudostem broth, allowed an increase in the productivity of the simple batch process around 23% compared to the same type of process using each micro- Organisms (S. cerevisiae and P. tannophilus) in isolation. There was no significant difference (Tukey's test for p<0.05) between the yield and volumetric productivity values in ethanol obtained in the repeated batch tests when different volumes of fermented broth (40% and 60%) were replaced by equal volume of fresh medium (cuts). The detoxification process of banana tree pseudostem broth with active charcoal aids in decreasing inhibition of microorganism growth. Both the increase in the initial inoculum concentration (3.0 g/L to 17 g/L) and the serial tanks operation, worked synergistically to increase productivity in ethanol by around 60% when compared to the batch.