Quantidade de carbono e nitrogênio nos resíduos e seus

durante 5 min, e filtrada sob vácuo usando papel filtro previamente tarado. Essa biomassa foi desidratada a 55 °C até massa constante.

A bioconversão foi calculada pela quantidade de biomassa seca em relação à concentração de carbono inicial nos hidrolisados.

4.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.3.1 Quantidade de carbono e nitrogênio nos resíduos e seus hidrolisados

Os resíduos RC e FT, caracterizados quanto às concentrações de carbono e nitrogênio, apresentaram valores elevados de C, indicando serem fontes ricas em açúcares, principalmente na forma de polissacarídeos, como observado na Tabela 4.5. Esses resíduos apresentaram baixo conteúdo de N indicando não serem fontes eficientes de proteínas e aminoácidos.

Quando tais resíduos foram submetidos à hidrólise em água ou solução de HCl 0,5 % durante 30 min, com extração parcial de tais compostos, as concentrações de C foram muito superiores ao N, indicando que os íons H+ solvatados interagem principalmente com os grupamentos dos polissacarídeos.

Como os valores de N foram muito baixos nos hidrolisados foram adotadas as análises de C nos experimentos desenvolvidos a seguir e a suplementação com uma fonte de N.

Tabela 4.5 - Quantidade de carbono (C) e nitrogênio (N) nos resíduos de cervejaria (RC) e farelo de trigo (FT) e seus hidrolisados

Amostras C (%) N (%) C:N RC 48,6 5,0 9,5:1 FT 38,5 3,9 9,8:1 RC água 0,22 0,0014 157:1 FT água 0,24 0,0012 200:1 RC HCl 0,5 % 0,48 0,0002 2400:1 FT HCl 0,5 % 0,53 0,0002 2650:1

Segundo Mandalari et al. (2005) os resíduos RC e FT são ricos em polissacarídeos celulósicos e não-celulósicos (hemiceluloses), e também fitonutrientes como o ácido ferrúlico. Quando esses resíduos foram hidrolisados em água a 80 °C liberaram compostos de glicose, e em meio alcalino (KOH) liberaram principalmente o polissacarídeo não- celulósico arabinoxilana, composto por monômeros de pentoses tipo xiloses e arabinoses.

Além desses polissacarídeos o FT contém amido (~ 26 %), α- glucanas que podem ser hidrolisadas e liberar monômeros de glicose (DOBREV et al., 2007; TESTER; KARKALAS, 2002). As β-glucanas são polissacarídeos da celulose, mas também podem pertencer ao grupo das hemiceluloses com ligações do tipo (1 3)-β- e (1 4)-β- (KLEMM; SHAMAUDER; HEINZE, 2002), o que explica o conteúdo de glicoses na hidrólise em água a 80 °C. Na hidrólise ácida de RC foi relatada maior quantidade de xilose, seguido por arabinose, e pouca glicose (MUSSATO; ROBERTO, 2005).

4.3.2 Verificação preliminar das concentrações de HCl para a hidrólise do resíduo da cervejaria (RC) e do farelo de trigo (FT)

Com o aumento da concentração de HCl na solução, aumentou a quantidade de C no hidrolisado, porém na concentração de HCl 1% não houve um crescimento do fungo proporcional ao aumento de C (Figura 4.1). Os polissacarídeos do resíduo ao serem hidrolisados podem ser degradados em substâncias tóxicas como ácidos fracos, furanos (furfural, hidroximetilfurfural) e compostos fenólicos (PALMQVIST; HAHN-HÄGERDAL, 2000a), e o processo de detoxificação por carvão ativo não foi eficiente ou suficiente para o cultivo desse fungo.

Porém, para o cultivo de Candida shehatae e produção de etanol, o tratamento com carvão ativo foi o segundo melhor tratamento para

detoxificação de compostos tóxico do hidrolisado de bagaço de cana-de- açúcar utilizando HCl 2,5 %. Esse tratamento reduziu 38,7 % de furanos e 57,5 % de compostos fenólicos totais (CHANDEL et al., 2007).

O carvão ativo, adicionado no momento da hidrólise, é uma alternativa para aumentar a adsorção dos compostos tóxicos, pois o pH ácido favorece a adsorção dos compostos fenólicos e a temperatura de 100 °C aumenta a razão de difusão das moléculas em solução para o carvão adsorvente, causando melhor interação entre esses (MUSSATO; ROBERTO, 2004a). Esse processo é interessante porque possibilita o cultivo com o hidrolisado em biorreator, pois o carvão sob agitação aumenta a espuma podendo carrear a biomassa para a linha de saída de ar, além de diminuir a visibilidade da biomassa.

Figura 4.1 – Gráficos das médias da biomassa obtida no cultivo do fungo Agaricus subrufescens para os hidrolisados dos resíduos RC (A) e FT (B), concentração de carbono nos hidrolisados RC (C) e FT (D), e bioconversão do carbono em biomassa no 12 °dia de cultivo para os hidrolisados RC (E) e FT (F) para as concentrações de HCl de 0, 0,25, 0,5 e 1% na hidrólise sem ou com carvão ativo comparativamente. As equações da reta foram calculadas em quadruplicatas, com bandas de confiança para p < 0,05.

4.3.3 Influência do tempo e concentração de HCl na hidrólise dos resíduos e produção de biomassa

Os resultados para a biomassa no 7º e no 14º dia de cultivo e concentração de carbono nos hidrolisados para as diferentes concentrações de HCl e tempos de hidrólise dos resíduos RC e FT estão apresentados na Tabela 4.6.

Tabela 4.6 – Resultados do planejamento experimental fatorial completo 23 para o estudo da influência da concentração de HCl e tempo de hidrólise dos resíduos RC (1) e FT (2) no crescimento do fungo Agaricus subrufescens.

Experimento Replicata Tempo HCl

(%) Resíduo Biomassa 7d (g.L-1₎ Biomassa 14d (g.L-1) Carbono (g.L-1₎ 1 1 15 0,1 1 1,17 5,74 8,38 2 1 30 0,1 1 2,30 8,67 11,02 3 1 15 0,2 1 2,69 5,34 11,18 4 1 30 0,2 1 4,89 8,67 14,83 6 1 15 0,1 2 3,04 11,84 13,35 7 1 30 0,1 2 6,70 10,85 17,24 7 1 15 0,2 2 3,50 14,63 18,48 8 1 30 0,2 2 7,30 17,51 20,19 9 2 15 0,1 1 1,01 6,17 8,07 10 2 30 0,1 1 2,41 9,30 11,18 11 2 15 0,2 1 3,03 6,17 11,49 12 2 30 0,2 1 4,50 9,30 15,06 14 2 15 0,1 2 4,96 11,19 13,20 15 2 30 0,1 2 10,45 11,32 17,55 15 2 15 0,2 2 5,53 15,15 18,18 16 2 30 0,2 2 5,27 17,59 20,04

Para a resposta biomassa no 7º dia de cultivo podem ser observados na Tabela 1C (APÊNDICE C), para o cálculo dos efeitos, que a média, o fator tempo e resíduo são significativos, e o modelo é representativo. O cálculo dos efeitos para a resposta biomassa no 14º dia de cultivo pode ser observado na Tabela 2C (APÊNDICE C). A média, o fator tempo, concentração de HCl, resíduo e todas as interações são significativas, e modelo também é representativo.

O gráfico das médias pode ser visualizado na Figura 4.2, observando que o rendimento da biomassa aumenta com o aumento do tempo de hidrólise para os dois resíduos RC e FT (Figura 4.2A e 4.2B, respectivamente). Maiores rendimentos podem ser observados quando utilizados a concentração de HCl 0,2% e o tempo de hidrólise de 30 min para o resíduo FT.

A Tabela 3C (APÊNDICE C) apresenta o cálculo dos efeitos para a resposta concentração de carbono no hidrolisado, utilizado no cultivo. Podemos observar que a média, os fatores tempo de hidrólise, concentração de HCl, o tipo do resíduo e a interação desses fatores, exceto entre 1 e 3, ou seja, tempo de hidrólise e resíduo, são significativas. RC FT HCl(%): 0,1 t (min) 15 30 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 b io m a s s a s e c a 7 d ( g /L ) HCl(%): 0,2 t (min) 15 30 RC FT HCl(%): 0,1 t (min) 15 30 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 b io m a s s a s e c a 1 4 d ( g /L ) HCl(%): 0,2 t (min) 15 30

Figura 4.2 – Gráfico das médias da biomassa (g.L-1) no 7º (A) e 14º (B) dias de cultivo de Agaricus subrufescens, considerando diferentes concentrações de HCl e tempos (t) de hidrólise dos resíduos FT e RC.

A

A Figura 4.3 apresenta as curvas de contorno para a concentração de carbono no resíduo RC e resíduo FT em função da concentração de HCl e tempo de hidrólise. Os dois resíduos apresentaram aumento de carbono no hidrolisado conforme aumento na concentração do ácido de 0,1 para 0,2 %, e aumento do tempo de hidrólise de 15 para 30 min.

Esses resultados demonstraram que pequenas diferenças na concentração do ácido são suficientes para se obter um aumento da biomassa desde o início do cultivo. O tempo de hidrólise também é importante para a quantidade de C no hidrolisado. Esse experimento foi importante para se conhecer e obter informações sobre o processo e elaboração dos delineamentos experimentais subseqüentes.

A quantidade de C é dependente principalmente do resíduo utilizado, fato que pode ser observado na Figura 4.3, onde a quantidade de C para a maior concentração de HCl (0,2 %) e maior tempo de hidrólise (30 min) difere entre os resíduos. Foi obtida uma média de 14,9 g.L-1 de C para o hidrolisado de RC e 20,1 g.L-1 para FT.

14 12 10 8 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

tempo de hidrólise (min) 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 HCl (% ) 20 18 16 14 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

tempo de hidrólise (min) 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 HCl (% )

Figura 4.3 – Curvas de contorno para a resposta da concentração de carbono (g.L-1) no resíduo RC (A) e FT (B) em função da concentração de HCl e tempo de hidrólise.

4.3.4 Fatores limitantes no hidrolisado para o crescimento de