Produção de álcool combustível a partir de hidrolizados enzimáticos de bagaço de cana-de-açucar por leveduras industriais e leveduras fermentadoras de xilose

Abstract

A demanda de etanol tem crescido ultimamente devido ao esgotamento das reservas mundiais de petróleo e à necessidade de utilização de combustíveis menos agressivos ao meio ambiente. Após o sucesso do etanol, recentemente o bioetanol vem ganhando destaque, em virtude da busca por uma maior produção deste combustível por hectare, através do aproveitamento da biomassa lignocelulósica, sendo que no caso do Brasil o bagaço da cana-de-açúcar constitui uma interessante matéria prima para este fim. Para vencer este desafio, no entanto é preciso disponibilizar os açúcares da biomassa para que possam ser fermentados. Neste sentido o presente trabalho utilizou esta biomassa lignocelulósica que foi submetida a um pré-tratamento por cozimento a vapor, este material foi então submetido à hidrolise enzimática por um consórcio de enzimas produzidas pelos fungos Trichoderma reesei RUT C30 e Aspergillus awamori. Embora os hidrolisados obtidos tenham alcançado razoáveis concentrações de açúcares fermentescíveis (~18 g L-1), o mesmo possibilitou boa produção de etanol pelas diferentes linhagens de leveduras fermentadoras de pentose e hexose aqui avaliadas. Entre as linhagens industriais de Saccharomyces cerevisiae estudadas a que obteve melhor desempenho foi a linhagem PE-2 com produções máximas de 10g L-1 de etanol em ensaios fermentativos em batelada com reciclos de célula. Entretanto, a análise da vitalidade das células apontou para uma perda na capacidade fermentativa desta cepa, principalmente nas fermentações em batelada com reciclos, levando a hipótese, corroborada pelas fermentações em meio definido contendo glicose e xilose, de que algo presente no hidrolisado foi responsável por essa queda na capacidade fermentativa desta levedura. Entre as cepas com habilidade de fermentar pentose (xilose) Candida shehatae (linhagem HM 52.2) e Spathaspora arborariae (linhagem HM 19.1a) obtiveram os melhores resultados em produção de etanol e consumo de xilose, com produções máximas de até 11g L-1 de etanol. Além das fermentações em batelada do hidrolisado, foi realizado também uma sacarificação e fermentação simultânea com a cepa PE-2, onde a produção de etanol (9 g L-1 ) só não foi maior devido à baixa concentração inicial de glicose no meio, aliado à baixa atividade enzimática das celulases utilizadas.

The demand for ethanol has increased lately due to the depletion of world oil reserves and the need to use fuels that are less harmful to the environment. After the success of ethanol, bioethanol has been recently gaining attention, due to the need for greater ethanol production per hectare through the use of lignocellulosic biomass. In the case of Brazil, bagasse from sugar cane is an interesting raw material for this purpose. However, it is necessary that the sugars from the biomass should be made available, so that they can be fermented. For these means, the present study used this lignocellulosic biomass subjected to a pre-treatment by steam cooking, this material was then submitted to enzymatic hydrolysis by a consortium of enzymes produced by the fungi T. reesei RUT C30 and A. awamori. Although the hydrolysates did not reach high concentrations of fermentable sugars (~18g L-1), it allowed good ethanol production by different strains of yeast fermenting pentose and hexose studied here. Among the industrial strains of S. cerevisiae studied, the one that achieved the best performance was strain PE-2, with maximal production of ethanol of 10 g L-1 in batch fermentations with cell recycle. However, vitality assays showed a drop in the fermentation capacity of this strain, specially during batch fermentations with cell recycle, leading to the hypothesis, supported by fermentations in defined medium containing glucose and xylose, that something present in the hydrolyzate was responsible for this decrease in the fermentation capacity of this yeast. Among the strains with the ability to ferment pentose (xylose), C. shehatae (strain HM 52.2) and S. arborariae (strain HM 19.1a) were the ones that obtained the best results for ethanol production and xylose consumption, with maximal production of up to 11 g L-1 of ethanol. Besides the batch fermentations of the hydrolyzates, a simultaneous saccharification and fermentation with strain PE-2 was also performed, where the production of ethanol (9 g L-1) was not higher due to a low initial glucose concentration in the medium, with a low enzymatic activity of the cellulases employed.