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LADEBIO

Laboratórios de Desenvolvimento de
Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ

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Produção Científica: Teses de Doutorado

Desenvolvimento de Bioprocesso para Produção de Etanol em Meio Melaço-Vinhoto empregando Leveduras Imobilizadas

Autora: Sônia Maria da Silva Carvalho
Data da Defesa: 30 de Março de 2006
Orientadores: Nei Pereira Jr., PhD e Spartaco Astolf Filho, DSc
Programa: Multi-Institucional de Biotecnologia da UFAM
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Resumo

No Brasil, desde a criação do PROALCOOL, etanol tem sido produzido de cana de açúcar em grandes volumes, resultando na geração e acúmulo de enormes quantidades de resíduos/efluentes tais como bagaço de cana e vinhoto, com características poluidoras e que necessitam do emprego de tecnologias adequadas para o seu completo aproveitamento. É, portanto, de primordial importância o desenvolvimento e implementação de novas tecnologias alternativas, ditas limpas, que além de produzirem melhorias nos processos existentes, minimizem a dependência mundial de combustíveis fosseis e reduzam seus potencias efeitos nocivos ao meio ambiente, associados à poluição hídrica, atmosférica e de solos.

Neste contexto, este estudo objetivou o desenvolvimento de um bioprocesso para a produção de etanol a partir de melaço, utilizando vinhoto como agente diluente, em substituição à água.

As etapas do trabalho envolveram:

  1. a caracterização da matéria-prima;
  2. o isolamento da microbiota nativa presente em ambientes de uma destilaria localizada no município de Presidente Figueiredo-Am/BR, compreendendo 60 amostras de leveduras;
  3. a identificação dos isolados, por biotipagem (sistema killer) associada à PCR e a técnicas tradicionais da Microbiologia, e
  4. a seleção de uma linhagem portadora de elevada atividade fermentativa, termotolerância e tolerância ao etanol, identificada como pertencente à espécie Saccharomyces cerevisiae e codificada por S7.

Posteriormente, incorporou-se a técnica de imobilização de células por envolvimento em gel (alginato de cálcio), devido às atrativas vantagens que este procedimento oferece quando se tenciona desenvolver bioprocessos industriais e avaliou-se o desempenho da linhagem selecionada em meios de fermentação inoculados com células livres e imobilizadas.

Na seqüência, foram realizadas cinco operações em um biorreator de leito fixo (altura=30,0 cm e diâmetro=7.5 cm), recheado com células imobilizadas (14.000 a 18.000), contendo densidades populacionais variando de 3.38x107 a 3.09x108 células/esfera.

O biorreator foi operado por batelada simples, batelada seqüencial com ciclos de 12 e 6 horas e por sistema contínuo, tendo a porosidade do leito e a concentração de substrato (inicial e de alimentação) variado, para cada forma de operação, de 40 a 50% e de 80 a 100g ART/L, respectivamente.

A batelada sequencial com ciclos de 12 horas operou por 228 horas, resultando em baixos valores para as variáveis de resposta do bioprocesso (YP/S=0.228 g/g; EF=47.4% e QP=1.5 g/L.h), o que foi decorrente do elevado tempo de fermentação em um sistema impactado com altas densidades celulares. Quando o ciclo de troca de meio foi reduzido para 6 horas, constatou-se um aumento expressivo nas variáveis de resposta (YP/S=0.422 g/g; EF=83.6% e QP=6.8 g/L.h), tendo o sistema mostrado estabilidade operacional por 708 horas.

Das estratégias de condução do bioprocesso, a que resultou nos maiores valores para as variáveis de resposta (YP/S=0.483 g/g; EF=94.5% e QP=22.6 g/L.h), foi o sistema contínuo, que operou por 164 horas.

Os resultados obtidos na presente tese nos levam a concluir que a tecnologia desenvolvida é bastante promissora e sinalizam para desdobramentos industriais.

LADEBIO - Laboratório de Desenvolvimento de Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ