Avaliação de crescimento de uma linhagem de Saccharomyces cerevisiae em meios contendo galactose oriunda do hidrolisado da macroalga Kappaphycus alvarezii visando a produção de etanol 3G

Uma das características, que fazem com que o uso de macroalgas seja promissor para produção de bioetanol e outros bioprodutos, pode ser exemplificada pela sua elevada taxa de crescimento, já que resulta em uma alta taxa de consumo de CO2 atmosférico. Além de remover este gás de emissões antropogênicas, o CO2 é incorporado à biomassa algal, resultando em um elevado teor em carboidratos, característico desta biomassa. Além disso, diferentemente das culturas agrícolas, a maricultura prescinde do uso de áreas agriculturáveis, de disponibilidade cada vez mais limitada. A maricultura também faz com que o uso abundante da água potável para irrigação não seja necessário, sendo, também, uma das medidas preventivas para projeções de escassez de água. No entanto, o maior desafio para produção do etanol de terceira geração (3G), a partir de Kappaphycus alvarezii, consiste na formação de compostos como 5-hidroximetilfurfural (HMF), obtido nas condições de hidrólise ácida da carragenana. Este composto tem inibido fortemente o crescimento de leveduras e a fermentação etanólica. De modo a superar esta desvantagem, alguns métodos de destoxificação têm sido desenvolvidos, visando contrapor o efeito inibidor exercido por este composto e obter uma eficiente fermentabilidade do hidrolisado. No entanto, incluir etapas de destoxificação implica na adição de custos ao processo, como também, em uma maior complexidade e na geração de resíduos adicionais. Deste modo, o presente trabalho foi pioneiro ao avaliar a possibilidade da destoxificação in situ do HMF, oriundo do pré-tratamento ácido de Kappaphycus alvarezii, através da conversão em uma forma menos inibitória (forma alcoólica) por leveduras competentes, capazes de co-metabolizar este composto inibidor. Diante disso, o objetivo do presente estudo foi produzir células de Saccharomyces cerevisiae CBS 1782 a partir do hidrolisado algal não destoxificado (contendo HMF).

Inicialmente, buscou-se entender a influência das variáveis de processo (temperatura, tempo, concentração de sólidos e concentração de ácido) para eficiência de hidrólise ácida da carragenana (%), formação de HMF (g/L) e obtenção de galactose (g/L), através de um planejamento fatorial 2 4 completo. A tolerância da linhagem ao HMF foi investigada em seguida, onde também se avaliou a influência exercida pela estratégia de aclimatação celular. Para isso, foram feitos ensaios em frascos agitados, a partir do hidrolisado da biomassa algal.

Posteriormente, em condições similares, foi feita a produção de células em biorreator instrumentado sendo empregados dois modos de condução do processo fermentativo (batelada simples e batelada alimentada). Os resultados revelaram que é possível produzir células aclimatadas da levedura S. cerevisiae sem a necessidade de destoxificação do hidrolisado algal, sendo evidenciada tolerância a 8 g/L de HMF. Em batelada simples, o crescimento celular atingiu 4 g/L após 40 horas de cultivo. Quando o processo foi conduzido por batelada alimentada, obteve-se a produção de 8 g de células com alta atividade metabólica (QHMF 1,334 g.L.h-1), evidenciada através da conversão de 10 g/L de HMF em 8 horas na segunda batelada.

A tolerância observada foi superior a estudos recém-publicados com leveduras tolerantes a partir de modificações genéticas, denotando que o processo de produção de células de S. cerevisiae em biorreator, conduzido por batelada, é capaz de potencializar a aclimatação celular ao hidrolisado algal, com elevadas concentrações de HMF.

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