Produção contínua de etanol a partir de hidrolisado enzimático de grãos de Sorgo Sacarino (Sorghum bicolor L Moench) com células imobilizadas de Saccharomyces cerevisiae em reator de leito fixo

A inserção do bioetanol na matriz energética mundial tem sido cada vez mais cogitada devido às incontestes vantagens ambientais que o seu uso promove, associadas à conscientização para a redução da demanda energética de fontes fósseis. Por isso, inovações tecnológicas devem ser incorporadas a fim de se reduzirem os custos de produção do bioetanol, incluindo a diversificação de matérias-primas para uma utilização mais eficiente e racional das destilarias anexas e autônomas já instaladas no Brasil. Neste contexto, o presente estudo objetivou investigar a produção contínua de etanol a partir do hidrolisado enzimático de grãos de sorgo sacarino, utilizando células imobilizadas de uma linhagem industrial de Saccharomyces cerevisiae.

Inicialmente, foram realizados experimentos em frascos agitados para definição das melhores condições a serem empregadas em biorreator do tipo coluna, com volume nominal de 1 litro, projetado e construído para os objetivos deste trabalho. Estes experimentos preliminares permitiram eleger a concentração de alginato de cálcio de 2% (m/v) como a melhor, o que resultou em esferas com diâmetro médio de 4 mm, resistentes o suficiente e com estabilidade adequada para uso em processos fermentativos. No tocante à hidrólise enzimática do amido dos grãos de sorgo, o emprego de enzimas comerciais (20 µL α-amilase.g-1 grão e 40 µL glucoamilase.g-1 grão) e de uma relação sólido:líquido de 1:3 resultou em uma concentração de glicose de, aproximadamente, 245 g.L-1, correspondendo a uma eficiência de hidrólise de 98%, ao final de apenas 90 minutos.

A fermentabilidade do hidrolisado enzimático foi avaliada para duas concentrações iniciais de glicose, com meios suplementados ou não com nutrientes. Os melhores resultados foram obtidos com o meio contendo glicose em uma concentração inicial de 180 g.L-1, sem suplementação de nutrientes. As células imobilizadas foram reutilizadas por 10 ciclos de fermentação em bateladas repetidas, tendo apresentado um excelente desempenho, confirmado por uma concentração média de etanol de 85 g.L-1, correspondente a um fator de rendimento médio em etanol por substrato consumido de 0,47 g.g-1 (eficiência de fermentação de 92%). O biorreator foi recheado com células imobilizadas (1.075 esferas biocatalíticas contendo 16,2 x 1010 células/esfera) e operado continuamente com o leito fixo por aproximadamente 80 horas. Com uma porosidade do leito de 0,42, o biorreator foi alimentado com meio de fermentação contendo substrato em uma concentração de 130 g.L-1, tendo sido aplicadas três taxas de diluição, 0,25 h-1, 0,33 h-1 e 0,5 h-1, e estimados os respectivos estados estacionários.

O maior valor para a produtividade volumétrica em etanol foi de, aproximadamente, 23 g.L-1.h-1, obtido na taxa de diluição de 0,33 h-1(tempo de residência de apenas 3 horas). Nesta taxa de diluição, o fator de rendimento em etanol por substrato consumido foi praticamente estequiométrico e a redução percentual de substrato foi de aproximadamente 95%. O sistema contínuo com células imobilizadas em alginato de cálcio para a fermentação de hidrolisado enzimático de grãos de sorgo, desenvolvido neste trabalho, apresentou excelentes resultados no que concerne a elevados valores de taxas de produção e rendimentos em etanol, sinalizando para futuros desenvolvimentos.

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