Tolerância de Rhotodotula mucilaginosa L18 a inibidores da fermentação para produção de etanol 2g

Abstract

A biomassa lignocelulósica é a matéria-prima empregada na produção de Etanol de Segunda Geração (2G). Sendo composta por celulose, hemicelulose e lignina que precisam ser inicialmente despolimerizadas. Neste sentido, a fase de pré-tratamento é essencial ao processo. Após esta etapa, obtêm-se um hidrolisado hemicelulósico rico em pentoses e hexoses. Entretanto, podem ser formadas diversas substâncias que inibem reações metabólicas de crescimento e produção de etanol. Apesar da possibilidade de destoxificação deste hidrolisado, os métodos atuais elevam substancialmente os custos de produção deste biocombustível. Dessa forma, entre as alternativas que podem ser exploradas, destaca-se o uso de microrganismos tolerantes aos inibidores da fermentação. A presente pesquisa teve como objetivo avaliar a cinética de crescimento e o rendimento de Rhodotorula mucilaginosa L18 na presença de Furfural, Hidroximetilfurfural, Ácido Fênico e Ácido Levulínico em mosto sintético e analisar como a presença de inibidores da fermentação afetam a fisiologia, crescimento e fermentação alcoólica da levedura para produção de etanol 2G. O delineamento experimental foi realizado em parcelas sub-subdivididas, avaliando-se as doses de 0,1 g.L-1, 0,5 g.L-1, 1,0 g.L-1, 1,5 g.L-1 e 2,0 g.L-1 para cada inibidor separadamente. Foram feitas análises microbiológicas para determinação da cinética de crescimento da levedura, quantificação de glicose e xilose por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência e etanol por Cromatografia Gasosa. A levedura apresentou crescimento celular igual ou superior ao controle negativo em todas as doses avaliadas. O ácido levulínico foi o inibidor que acarretou a menor produção de biomassa. Não houve diferença significativa na produção de etanol entre os tratamentos com diferentes inibidores, sendo a maior quantidade obtida nas primeiras seis horas. Apesar do baixo rendimento alcoólico, a cepa L18 mostrou-se capaz de sobreviver e se multiplicar mesmo na presença dos inibidores de fermentação e de metabolizar glicose e xilose.

Lignocellulosic biomass is the raw material employed in the production of Second Generation Ethanol (2G). It is composed of cellulose, hemicellulose, and lignin, which need to be initially depolymerized. In this context, the pre-treatment phase is essential to the process. After this stage, a hemicellulosic hydrolysate rich in pentoses and hexoses is obtained. However, various substances that inhibit metabolic reactions for growth and ethanol production can be formed. Despite the possibility of detoxifying this hydrolysate, current methods substantially increase the production costs of this biofuel. Thus, among the explored alternatives, the use of microorganisms tolerant to fermentation inhibitors stands out. The present research aimed to evaluate the growth kinetics and yield of Rhodotorula mucilaginosa L18 in the presence of Furfural, Hydroxymethylfurfural, Phenolic Acid, and Levulinic Acid in synthetic must. The study also analyzed how the presence of fermentation inhibitors affects the physiology, growth, and alcoholic fermentation of yeast for 2G ethanol production. The experimental design was carried out in sub-subdivided plots, evaluating doses of 0.1 g.L-1, 0.5 g.L-1, 1.0 g.L-1, 1.5 g.L-1, and 2.0 g.L-1 for each inhibitor separately. Microbiological analyses were performed to determine the yeast growth kinetics, quantify glucose and xylose by High-Performance Liquid Chromatography, and ethanol by Gas Chromatography. The yeast showed cellular growth equal to or higher than the negative control at all evaluated doses. Levulinic acid was the inhibitor that resulted in the lowest biomass production. There was no significant difference in ethanol production between treatments with different inhibitors, with the highest amount obtained in the first six hours. Despite the low alcoholic yield, the L18 strain demonstrated the ability to survive and multiply even in the presence of fermentation inhibitors, metabolizing glucose and xylose.