Cultivos de Scheffersomyces stipits DSM-3651 visando à produção de etanol lignocelulósico

• Autor(a) principal: Santi Junior, Celso
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-14092016-180248/
• topic: Design of experiments; Etanol; Ethanol; Fermentação; Fermentation; Lignocellulosic; Lignocelulósico; Planejamento de experimentos; Scheffersomyces stipitis; Scheffersomyces stipitis

Este estudo buscou definir as melhores condições para a fermentação alcoólica da xilose pela levedura S. stipitis DSM-3651, utilizando suplementação nutricional de baixo custo. Inicialmente, o melaço de cana foi escolhido, devido à sua disponibilidade e inserção no contexto do etanol de segunda geração. Sendo assim, o estudo acerca dos requerimentos nutricionais foi realizado em quatro etapas. A primeira foi avaliar a capacidade da levedura em utilizar os açúcares provenientes de materiais lignocelulósicos e do melaço: xilose, arabinose, glicose, frutose e sacarose. Observou-se que a levedura foi capaz de converter apenas glicose, xilose e frutose em etanol, e inclusive realizar a co-fermentação destes. Desta forma, a segunda etapa foi determinar a composição química do melaço e compará-la com a de um suplemento referência (extratos de levedura e malte, e peptona). Enquanto o conteúdo de minerais foi semelhante o teor de nitrogênio foi bem inferior, de modo que o enriquecimento com fosfato de amônio foi requerido. A próxima etapa confrontou a qualidade nutricional de meios suplementados com melaço e fosfato ou com a suplementação referência, utilizando xilose como fonte de carbono. Embutida nesta análise foram testadas diferentes cargas de inóculo (0,07 e 3,00 g/L) provenientes de cultivos com ou sem limitação de nutrientes. Como resposta obtivemos que, de modo geral, o desempenho fermentativo de S. stipitis DSM-3651 foi reduzido quando apenas melaço e fosfato foram disponibilizados como nutrientes. Desta forma a quarta e última etapa baseou-se na metodologia de planejamento experimental para definir a combinação de nutrientes ideal para cada carga de inóculo. Com base na produção de etanol, definiu-se que, para o prosseguimento do trabalho um meio à base, principalmente, de melaço seria o mais adequado, utilizando uma concentração celular inicial de 3,00 g/L. O estudo dos efeitos das condições de fermentação no crescimento celular e na produção de etanol a partir de xilose, foi realizado com base no planejamento de experimentos e adequada análise estatística, utilizando 4 variáveis: aeração e concentrações de substrato, células e suplemento. Após avaliar e interpretar o impacto que cada variável exerceu no desenvolvimento da levedura, o aumento da produção de etanol foi o critério escolhido para estabelecer as condições que seriam fixadas para a continuidade do trabalho, atendendo nosso objetivo principal; redução da aeração e aumento das concentrações de substrato, células e nutrientes. Considerando que o melaço perfazia a maior porção mássica do suplemento nutricional, e que frutose, glicose e sacarose são os seus principais componentes, avaliou-se a possibilidade de inverter este dissacarídeo, utilizando invertases. O resultado foi uma eficiente hidrólise em glicose e frutose, atingindo 100% rendimento. Deste modo, o estudo de otimização da produção de etanol por S. stipitis DSM-3651, a partir de meio a base de xilose, procedeu-se na forma de uma nova abordagem para a integração das produções de etanol de primeira e segunda geração. Utilizando-se da capacidade intrínseca da levedura de co-fermentar xilose, glicose e frutose, um aumento da concentração de substrato foi obtido a partir do tratamento enzimático do melaço, que passou a exercer função dupla no processo fermentativo: fonte de nutriente e de açúcares fermentescíveis. Como resultado, a condição otimizada pelo presente trabalho atingiu fator de conversão e produtividade volumétrica de etanol de 0,41 g/g e 1,26 g/L.h, respectivamente, referentes à concentração final de 60,36 g/L de etanol.