Produção de complexo enzimático a partir de biomassa agroindustrial e sua aplicação em etanol combustível
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i6.13705Palavras-chave:
Etanol; Resíduos; Complexo enzimático; Lignocelulósico; Biomassas.Resumo
Os resíduos de biomassa e subprodutos agroindustriais, utilizados para a produção de etanol, atenderá boa parte da grande demanda por esse produto. Para reduzir custos e otimizar a produção, este estudo investigou a fermentação em estado sólido (FES) para obter complexo enzimático bruto (CEB) de diferentes biomassas agroindustriais (bagaço de cana-de-açúcar, farelo de casca de milho, farelo de palha de arroz e torrefação e resíduo de café moído) usando fungos celulolíticos. Os CEB mais promissores foram avaliados em hidrólise e fermentação simultâneas (HFS) para produção de etanol por Saccharomyces cerevisiae em caldo de cultura contendo bagaço de cana tratado por explosão a vapor e resíduo de café torrado e moído. Em FES, com volume de biorreator de 0,25 L, contendo 40g da mistura de biomassa e 40g de água estéril com células ressuspensas (1,0 x108 esporos/g de meio sólido) e temperatura de 30 ± 2ºC, as cepas Trichoderma reesei e Penicilium oxalicum forneceram a melhor atividade enzimática. A CEB de T. reesei proporcionou concentração de 7,5 g L-1 de etanol em substrato contendo bagaço de cana tratado (60%) e resíduo de café torrado e moído (40%), nas condições HFS (pH 4,5; 35±2°C; 48h). Os resultados obtidos neste estudo mostraram uma alternativa promissora para a correta destinação e aproveitamento de resíduos e subprodutos agroindustriais para a produção de enzimas e etanol lignocelulósico.
Referências
Althuri, A. Gujjala & L. K. S., Rintu. B. (2017). Partially consolidated bioprocessing of mixed lignocellulosic feedstocks for ethanol production. Bioresource Technology. 245, 530–539.
Browning, B. L. (1967). Interscience Publishers, New York.
Buzzini, P. & Martini, A. (2002). Extracellular enzymatic activity profiles in yeast and yeast-like strains isolated from tropical environments. Journal Applied Microbiology. 93, 1020-1025.
Cuevas, M., Sanchez, S., Garcia, J. F., Baeza, J., Parra, C., Freer, J. (2015). Enhanced ethanol production by simultaneous saccharification and fermentation of pretreated olive stones. Renewable Energy. 74, 839–847.
Dashtban, M., Schraft, H., Qin, W. (2009). Fungal bioconversion of lignocellulosic residues; opportunities & perspectives. International Journal of Biological Sciences. 6, 578-95.
El-Said, A., Saleem, A. (2008). Ecological and physiological studies on soil fungi at western region, Libya. Microbiology. 36, 1–9.
Fischer, J., Lopes, V. S., Coutinho Filho, U., Cardoso, V. L. (2017). Machine learning techniques applied to lignocellulosic ethanol in simultaneous hydrolysis and fermentation. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 34, 53–63.
Fischer, J., Lopes, V. S., Galvão, C., Teodoro, J., Coutinho Filho, U., Cardoso, V. L. (2013). Utilization of Cheese Whey and Cellulosic Biomass for Production of Ethanol by Selected Fungi Strain from Brazilian Savannas. Chemical Engineering Transactions. 32, 1075–1080.
Fischer, J., Lopes, V. S., Queiroz, E. F., Coutinho Filho, U., Cardoso, V. L. (2014). Second generation ethanol production using crude enzyme complex produced by fungi collected in Brazilian Cerrado (Brazilian Savanna). Chemical Engineering Transactions. 38, 487–492.
Ghose, T. K. (1987). Measurement of cellulase activities. Pure and Applied Chemistry. 59, 257– 268.
Gu, H., Zhang & J., Bao, J. (2014). Inhibitor analysis and adaptative evolution of Saccharomyces cerevisiae for simultaneous saccharification and ethanol fermentation from industrial waste corncob residues. Bioresource Technology. 157, 6–13.
Guidini, C. Z., Marquez, L. D. S., Silva, H. A., Resende, M. M., Cardoso, V. L., Ribeiro, E. J. (2014). Alcoholic Fermentation with Flocculant Saccharomyces cerevisiae in Fed-Batch Process. Applied Biochemistry and Biotechnology.172, 1623–1638.
Khare, S. K., Pandey, A., Larroche, C. (2015). Current perspectives in enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass. Biochemical Engineering Journal. 102, 38–44.
Leduc, S., Starfelt, F., Dotzauer, E., Kindermann, G., McCallum I Obersteiner, M., Lundgren, J. (2010). Optimal location of lignocellulosic ethanol refineries with polygeneration in Sweden. Energy. 35, 2709–2716.
Lever, M., Ho, G., Cord-Ruwisch, R. (2010). Ethanol from lignocellulose using crude unprocessed cellulase from solid-state fermentation. Bioresource Technology. 101:7083–7087.
Li, C., Li, D., Feng, J., Fan, X., Chen, S., Zhang, D., He, R. (2019). Duckweed (Lemna minor) is a novel natural inducer of cellulase production in Trichoderma reesei. Journal of Bioscience Bioengineering. 127, 486–491.
Liu, L., Jiao, J., Fang, B., Lv. A., Ming, Y., Li, M., Salam, N. (2020). Isolation of Clostridium from Yunnan-Tibet hot springs and description of Clostridium thermarum sp. nov. with lignocellulosic ethanol production. Systematic and Applied Microbiology. 43, 126-104.
Lopes, V. S., Fischer, J., Pinheiro, T. M. A., Cabral, B. V., Cardoso, V. L., Coutinho Filho, U. (2017). Biosurfactant and ethanol co-production using Pseudomonas aeruginosa and Saccharomyces cerevisiae co-cultures and exploded sugarcane bagasse. Renewable Energy. 109, 305–310.
Maarel, M. J. E. C., Veen, B, Uitdehaag, J. C. M., Leemhuis, H., Dijkhuizen, L. (2002). Properties and Applications of Starch-converting Enzymes of the α-amylase family. Journal Biotechnology. 94 137–155.
Nguyen, T. Y., Cai, C. M., Kumar, R., Wyman, C. E. (2017). Overcoming factors limiting high-solids fermentation of lignocellulosic biomass to ethanol. Proceedings of the National Academy of Sciences. 114, 11673–11678.
Öhgren, K., Bura, R., Lesnicki, G., Saddler, J., Zacchi, G. (2007). A comparison between simultaneous saccharification and fermentation and separate hydrolysis and fermentation using steam-pretreated corn stover. Process Biochemistry. 42, 834–839.
Pereira, A. S. et al. (2018). Metodologia da pesquisa cientifica. [free e-book]. Santa Maria: UAB/NTE/UFSM. https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/15824/Lic_Computacao_Metodologia-Pesquisa-Cientifica.pdf?sequence=.
Robak, k., & Balcerek, M. (2020). Current state-of-the-art in ethanol production from lignocellulosic feedstocks. Microbiological Research. 240, 126-534.
Rocha, N. R. F. A., Barros, M. A., Fischer, J., Coutinho Filho, U., Cardoso, V. L. (2013). Ethanol production from agroindustrial biomass using a crude enzyme complex produced by Aspergillus niger. Renewable Energy. 57, 432–435.
Singhania, R. R., Patel, A. K., Soccol, C. R., Pandey, A. (2008). Recent advances in solid-state fermentation. Biochemical Engineering Journal. 44 13–8.
Sukumaran, R. K., Singhania, R. R., Mathew, G. M., Pandey, A. (2009). Cellulase production using biomass feed stock an its application in lignocelluloses saccharification for bio-ethanol production. Renewable Energy. 34, 421– 424.
Thomas, L., Larroche, C., Pandey, A. (2013). Current developments in solid-state fermentation. Biochemical Engineering Journal. 81, 146–161.
Wang, H., Zhai, L., Geng, A. (2020). Enhanced cellulase and reducing sugar production by a new mutant strain Trichoderma harzianum EUA20. Journal of Bioscience Bioengineering. 129, 242–249.
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