Hidrólise enzimática e Fermentação e Sacarificação Simultânea

Os experimentos realizados nesta etapa tiveram o objetivo de avaliar a influência de diferentes temperaturas e o aumento de escala nos valores de conversão enzimática e rendimento de etanol durante os processos de hidrólise enzimática e SSF. Para isto, ambos os processos foram realizados em tubos de 20 mL, sendo que a hidrólise enzimática foi feita a temperaturas de 25 °C e 50 °C e SSF a 25 °C e 37 °C sob as mesmos valores de concentração de sólidos, carga enzimática, agitação e tempo de processo (2,5 % de sólidos; 50 FPU/g; 120 rpm, 120 horas) realizados anteriormente em tubos de 1 mL.

Foi selecionada uma amostra de cada tipo de pré-tratamento levando em consideração os resultados anteriormente apresentados. Para o pré-tratamento hidrotérmico, foi utilizada amostra pré-tratada a 230 °C a qual apresentou maior rendimento de etanol, e para o pré-tratamento alcalino foi utilizado o ensaio 1 (190 °C, 0,5 % NaOH), que apresentou maior valor de conversão enzimática entre os ensaios.

A Figura 18 apresenta os valores de conversão enzimática nas temperaturas de 25 °C e 50 °C de amostras de pseudocaule não tratado e submetidos a pré- tratamento hidrotérmico (230 °C) e alcalino (190 °C; 0,5 % NaOH).

Figura 18 - Conversão enzimática nas temperaturas de 50 °C e 25 °C de amostras pré-tratadas e não tratadas (NT) do pseudocaule de bananeira. A: pré-tratado com hidróxido de sódio; H: pré-tratado hidrotérmico. Letras iguais não diferem entre si pelo teste de Tukey, com nível de significância a 5 %.

Os resultados obtidos foram submetidos à análise de variância (teste F), teste de comparação de médias (Tukey a 5 %) empregando-se o software Sas. Aplicando o teste de Tukey pode-se determinar a diferença das médias entre os dois níveis dos fatores estudados. A partir da análise do teste de Tukey, pode-se afirmar não houve diferença significativa entre os dados de conversão enzimática dos pré-tratados hidrotérmicos e alcalinos. Além disso não há diferença significativa entre os resultados às temperaturas de 25 °C e 50 °C. Os dados à temperatura de 50 °C não diferem entre si.

Os pré-tratados apresentaram um valor de conversão enzimática de cerca de 78 % (78, 3 % para alcalino e 77,1 % para hidrotérmico) à 25 °C e em torno de 69 % (69,0 % para alcalino e 68,3 % para hidrotérmico) para 50 °C. O material não tratado a 25 °C apresentou conversão enzimática de 56 %, cerca de 20 % menor que os material pré-tratados. A conversão enzimática do material não tratado à 50 °C foi de 50,3 %. Menores valores de conversão enzimática foram obtidos por Low et al. (2015) utilizando pseudocaule de bananeira pré-tratado à temperatura ambiente utilizando 4 % de NaOH por 12 horas (43,4 % de conversão enzimática).

Segundo o fabricante, a celulase comercial Cellic Ctec 2 possui temperatura ótima a 50 °C. Entretanto, não houve aumento da conversão enzimática em sacarificação realizada a 50 °C. Andreaus et al. (1999) obtiveram melhores resultados de atividade de celulase à temperatura de 37 °C, menor que a

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 25°C-A 25°C-H 25°C-NT 50°C-A 50°C-H 50°C-NT C onv. E nz im át ica (% ) a a b a,b a,b b

temperatura ótima apresentada pela enzima (50 °C). Li et al. (2016) encontraram valores de atividade enzimática de protease relativa próxima de 100 % até 50 °C, com decréscimo do seu valor a partir da temperatura ótima de 60 °C. Fu et al. (2016) incubaram quitinase por 4 dias em temperaturas de 55 °C, 60 °C e 65 °C e concluíram que a enzima se mantém estável por mais tempo no menor valor de temperatura testado. Desse modo, é possível que o experimento realizado à 25 °C, em temperatura menor que a temperatura ótima da celulase, possa ter contribuído para sua estabilidade ao longo de 5 dias de hidrólise enzimática (120 horas).

Se compararmos os resultados da Figura 18 aos resultados de conversão enzimática apresentados anteriormente (Figura 14 e 16), nota-se que o aumento da escala contribui para o aumento da conversão enzimática. A amostra do pré- tratamento hidrotérmico a 230 °C apresentou um aumento de conversão enzimática de 60 % para 77 %. Em relação ao ensaio 1 do pré-tratamento alcalino, esse valor aumentou de 71 % para 78,3 %. O tubo de 20 mL poderia promover uma agitação mais efetiva que em tubos de 1 mL. Uma agitação adequada contribui para melhor transferência de massa e mistura, aumentando a performance da enzima pelo aumento da cinética (Triwahyuni et al., 2015).

Sacarificação e Fermentação Simultânea foram realizadas em tubos de 20 mL sob as mesmas condições utilizando levedura Saccharomyces cerevisiae NCYC 2826 com incubação de 10 % (v/v) em cada meio fermentativo contendo 3,2 x 107 células por mL.

Os rendimentos de etanol obtidos do SSF em tubos de 20 mL utilizando amostras de pseudocaule de bananeira in natura e pré-tratados (hidrotérmico e alcalino) são apresentadas na Figura 19.

Figura 19 - Rendimento de etanol após SSF nas temperaturas de 25 °C e 37 °C de amostras de pseudocaule de bananeira não tratado (NT) e submetidos a pré- tratamentos com hidróxido de sódio e hidrotérmico. A: pré-tratado com hidróxido de sódio; H: pré-tratado hidrotérmico. Letras iguais não diferem entre si pelo teste de Tukey, com nível de significância a 5 %.

Assim como nos resultados de conversão enzimática, as médias dos dados de rendimentos de etanol obtidos foram comparadas por meio do teste de Tukey de comparação de médias a nível de significância de 5 %. Os resultados mostram que não houve diferença significativa entre os valores de rendimento de etanol.

Os pré-tratados apresentaram valor de rendimento de etanol de cerca de 86 % à 37 °C, sendo 85,3 % para pré-tratado alcalino e 86,5 % para hidrotérmico. Já à temperatura de 25 °C, os pré-tratados obtiveram um rendimento de etanol de cerca de 82 % à 25 °C, sendo 82,8 % para pré-tratado alcalino e 82,0 % para hidrotérmico. Em relação aos materiais não tratados, os valores obtidos nas duas temperaturas foram ainda mais próximos (71,7 % à 25 °C e 70,5 % à 37 °C). Assim como a conversão enzimática, os dados de rendimento de etanol demonstram resultados bem similares para ambos os pré-tratamentos testados.

Comparando o rendimento de etanol obtido utilizando pré-tratado hidrotérmico (230 °C) em tubos de 20 mL (82 %) com o resultado apresentado anteriormente em tubos de 1 mL (Figura 14) à mesma temperatura (25 °C), nota-se que houve um aumento do rendimento de etanol de 16 %. Portanto, o aumento da escala de 1 mL para 20 mL contribuiu para aumento do rendimento de etanol produzido por amostras de pseudocaule de bananeira nas condições utilizadas neste estudo. Zhao

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 25°C-A 25°C-H 25°C-NT 37°C-A 37°C-H 37°C-NT R endim ent o E tanol (% ) a a a a a a

et al. (2015) obtiveram resultados semelhantes (80 %), utilizando lemna pré-tratada com explosão a vapor (210 °C, 10 minutos) e celulase comercial à uma carga enzimática de 0,87 FPU/g. Ingale et al. (2014) encontraram 84 % de rendimento de etanol utilizando pseudocaule de bananeira pré-tratado com solução 1 N de NaOH por 18 horas à temperatura ambiente.