Efeito de inibidores da fermentação sobre a levedura Pichia membranifaciens LJ04 em hidrolisados hemicelulósicos para a produção de etanol 2G

Abstract

O uso de resíduos agroindustriais (folhas, caules, palhas, bagaços, sabugos e cascas) apresenta-se atualmente como uma opção promissora para o aumento do volume de etanol produzido no Brasil, sem que haja a necessidade do aumento das áreas cultiváveis do país. Para isto, é necessário que tais biomassas passem por processos químicos, físicos e/ou biológicos visando a despolimerização da rígida estrutura lignocelulósica que os constituem. Desta forma, após pré-tratamento dessas matérias-primas, ocorre a obtenção do hidrolisado hemicelulósico rico em pentoses e produtos da degradação dos açúcares (furfural, hidroximetilfurfural e ácidos orgânicos), conhecidos por inibir o metabolismo de leveduras. Neste caso, antes da fermentação recomenda-se destoxificar o hidrolisado para remoção total ou parcial desses compostos. Contudo, é um processo caro que eleva o preço de produção desse biocombustível. À vista disso, a utilização de microrganismos que apresentem tolerância a presença de inibidores da fermentação e capacidade para fermentar pentoses e hexoses, torna-se um dos principais gargalos tecnológicos atuais. Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivos avaliar como a presença de diferentes doses de inibidores da fermentação (furfural, hidroximetilfurfural, ácido fênico e ácido levulínico) afetam o crescimento celular e fermentação alcoólica de Pichia membranifaciens LJ04 em hidrolisados hemicelulósicos sintéticos e comparar o desenvolvimento de processos fermentativos conduzidos em hidrolisado hemicelulósico sem destoxificação, obtido por pré-tratamento ácido de bagaço de cana cana-energia. As avaliações dos parâmetros microbiológicos da fermentação foram realizadas em Câmara de Neubauer e as concentrações de Glicerol, Etanol e Ácido acético determinadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). O trabalho demonstrou a capacidade de Pichia membranifaciens LJ04 em tolerar a presença de furfural, hidroximetilfurfural, ácido fênico e ácido levulínico presentes em hidrolisados hemicelulósicos, e sua aptidão para a produção de etanol de segunda geração sem a necessidade de destoxificação dos hidrolisados.

The use of agro-industrial residues (leaves, stems, straw, bagasse, cobs and fruit peels) is currently a promising option for increasing the volume of ethanol produced in Brazil, without the need to increase the country's arable land. For this, it is necessary that such biomasses undergo chemical, physical and/or biological processes aiming at the depolymerization of the rigid lignocellulosic structure that constitute them. Thus, after pre-treatment of these raw materials, a hemicellulose hydrolyzate rich in pentoses and sugar degradation products (furfural, hydroxymethylfurfural and organic acids) is obtained, known to inhibit yeast metabolism. In this case, before fermentation, it is recommended to detoxify the hydrolyzate for total or partial removal of these compounds. However, it is an expensive process that raises the production price of this biofuel. In view of this, the use of microorganisms that are tolerant to the presence of fermentative inhibitors and capable of fermenting pentoses and hexoses, becomes one of the main current technological challenges. In this sense, the present work aimed to evaluate how the presence of different doses of fermentative inhibitors (furfural, hydroxymethylfurfural, fenic acid and levulinic acid) affect cell growth and alcoholic fermentation of Pichia membranifaciens LJ04 in synthetic hemicellulosic hydrolysates and to compare the development of fermentation processes conducted in hemicellulosic hydrolyzate without detoxification, obtained by acid pre-treatment of cane-energy sugarcane bagasse. The evaluations of the microbiological parameters of the fermentation were carried out in a Neubauer Chamber and the concentrations of Glycerol, Ethanol and Acetic Acid determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The work demonstrated the ability of Pichia membranifaciens LJ04 to tolerate the presence of furfural, hydroxymethylfurfural, fenic acid and levulinic acid present in hemicellulosic hydrolysates, and its ability to produce second-generation ethanol without the need for detoxification of the hydrolyzed.