Avaliação da aplicação de preparado enzimático comercial em mosto de cana-de-açúcar para maximizar a oferta de substratos fermentescíveis em processos de produção de etanol em escala industrial

Abstract

Atualmente, a maior parte das necessidades de energia do mundo são baseadas no uso de combustíveis fósseis. O rápido crescimento tanto da demanda global de energia quanto das emissões de dióxido de carbono associadas ao uso desses combustíveis tem impulsionado a produção de combustíveis através de fontes alternativas, que sejam renováveis e tenham menor impacto ambiental. O etanol é considerado um dos melhores biocombustíveis para o transporte, pois pode ser queimado diretamente ou misturado com gasolina para melhorar a combustão em veículos, resultando em menor emissão de dióxido de carbono para reduzir os gases de efeito estufa na atmosfera. A fermentação etanólica utiliza monômeros de glicose e frutose que podem ser extraídos da matéria-prima cana-de-açúcar no formato de sacarose. Grande parte dos açúcares totais fornecidos pela cana-de-açúcar são facilmente metabolizados pela levedura Saccharomyces cerevisiae sp., contudo, uma pequena fração na ordem de 4 g.L-1 é formada por polissacarídeos e oligossacarídeos infermentescíveis pelos microrganismos do estudo em questão. A otimização do processo fermentativo aplicando enzimas capazes de converter polissacarídeos e oligossacarídeos em açúcares fermentescíveis pode incrementar a produção de etanol de cana-de-açúcar, possibilitando que as Usinas Brasileiras alcancem maiores ganhos financeiros e ambientais, com a mesma quantidade de matéria-prima e sem aumentar a área plantada. O objetivo do presente trabalho foi analisar com ferramentas estatísticas os resultados da aplicação industrial de um preparado enzimático contendo atividade de carboidrases para transformação dos açúcares não fermentescíveis pelas leveduras Saccharomyces, utilizando como substrato o mosto de duas Usinas de cana-de-açúcar na região sudeste do Brasil. Foram avaliados diferentes períodos com intervalos de aplicação, definidos como tratamento com a aplicação das enzimas e controle, na ausência de enzimas, a fim de investigar a ação das enzimas diante das múltiplas instabilidades peculiares desta indústria. Os resultados indicaram que o preparado enzimático foi capaz de aumentar a concentração de glicose disponível, contribuindo com o processo fermentativo e podendo gerar acréscimo de 5739 litros por dia em uma Usina com capacidade de moagem de 26 mil toneladas de cana-de-açúcar por dia operada em modo batelada e outros 2448 litros por dia de etanol com processo continuo e capacidade de moagem de 15 mil toneladas de cana por dia. Estes resultados oferecem um potencial de entrega superior a R$ 950 mil para a usina operada em modo batelada e adicionais R$ 405 mil para a usina operada em modo contínuo, considerando uma safra com 200 dias de operação.

Currently, the most part of energy world's needs are based on the use of fossil fuels. The rapid growth in both global energy demand and carbon dioxide emissions associated with the use of these fuels has driven production through alternative sources, which are renewable and have less environmental impact. Ethanol is considered one of the best biofuels for transportation, as it can be burned directly or mixed with gasoline to improve combustion in vehicles, resulting in lower carbon dioxide emissions to reduce greenhouse gases in the atmosphere. Ethanol fermentation uses glucose and fructose monomers that can be extracted from the raw material sugarcane in the form of sucrose. Most of the total sugars supplied by sugarcane are easily metabolized by the yeast Saccharomyces cerevisiae sp., however, a small fraction in the order of 4 g.L-1 is made up of polysaccharides and oligosaccharides not fermentable by the microorganisms of the study in question. The optimization of the fermentative process by applying enzymes capable of converting polysaccharides and oligosaccharides into fermentable sugars can increase the production of sugarcane ethanol, enabling Brazilian plants to achieve greater financial and environmental gains, with the same amount of raw material and without increasing the planted area. The objective of the present work was analyze, with statistical tools, the results of the industrial application of an enzymatic preparation containing activity of carbohydrases for transformation of non-fermentable sugars by the yeasts Saccharomyces, using as a substrate the must of two sugarcane plants in the southeastern region of Brazil. Different periods with application intervals defined as treatment with the application of enzymes and control, in the absence of enzymes, in order to investigate the action of enzymatic preparation above multiple peculiar instabilities of this industry. The results indicated that the enzymatic preparation was able to increase the concentration of glucose available, contributing to the fermentation process and being able to generate an increase of 5739 liters per day in a Sugarcane Mill with crushing capacity of 26 thousand tons of sugarcane per day, operating in a batch mode and other 2448 liters of ethanol per day with continuous process and milling capacity of 15 thousand tons of cane per day. These results offer a delivery potential over than R$ 950 thousand for the plant operated in batch mode and an additional R$ 405 thousand for the plant operated in continuous mode considering a season working 200 days.