Síntese dos resultados do segundo conjunto de ensaios em batelada

No segundo conjunto de ensaios em batelada, independentemente do microrganismo (C. acetobutylicum e C. beijerinckii) e do substrato (vinhaça sintética e glicose) usados, o metabólito predominante foi o ácido lático, indicando que a fermentação seguiu preferencialmente por uma rota de produção de lactato, o que seguramente foi a causa da supressão da produção de outros compostos. Visando explicar essa predominância, foi discutida a hipótese de deficiência de ferro nos meio fermentativos, apesar de não ter sido possível confirmá-la ou rejeitá-la com base nos resultados obtidos. Ácidos como o butírico e o acético também foram detectados em quantidades apreciáveis, porém insuficientes para induzir o onset da geração do butanol, o qual não foi detectado em nenhum dos experimentos. Os perfis típicos da fermentação ABE completa, com ocorrência sequencial das etapas acidogênica e solventogênica, não foram observados.

Particularmente, nos casos com vinhaça sintética, já existiam quantidades iniciais de butirato, acetato, propionato e etanol no substrato preparado, de modo que as produções desses metabólitos foram pouco expressivas na maioria dos tempos de coleta durante o processo, muitas vezes havendo até redução para níveis abaixo das concentrações de partida. Nos casos com solução aquosa de glicose, no entanto, as produções alcançadas para esses metabólitos foram mais significativas, até porque quantidades iniciais deles não existiam no substrato original. Nesse sentido, ressalta-se que, a despeito de não ter havido solventogênese do etanol nos ensaios com vinhaça sintética, houve nos ensaios com glicose, o que certamente constitui a principal distinção entre os resultados obtidos com cada substrato. Nas rodadas com glicose, a produção de etanol ocorreu via uma rota desvinculada das rotas de produção dos demais solventes não gerados.

Nos experimentos com vinhaça sintética, na maioria dos tempos de coleta, os teores de AOTs foram mais altos com C. beijerinckii, cuja aplicação resultou em concentrações mais elevadas sobretudo dos ácidos lático e propiônico. Vale ressaltar que os componentes presentes na vinhaça sintética preparada, sobretudo sais inorgânicos e ácidos orgânicos, podem ter tido alguma influência nos comportamentos dos metabólitos, porém de uma maneira que não foi debatida aqui. Já nos ensaios com glicose, as concentrações de AOTs e AORs individuais foram

predominantemente mais expressivas com C. beijerinckii, embora a concentração de etanol tenha sido mais pronunciada com C. acetobutylicum na maior parte dos tempos de operação.

Uma possível causa que foi levantada para justificar a ausência de butanol no primeiro e segundo conjuntos de ensaios em batelada foi a baixa concentração da fonte de carbono disponível nos substratos considerados, a qual foi direcionada massivamente à geração do lactato em todos os experimentos. Apesar de não ter sido possível confirmar tal causa, o que ficou mesmo evidente a partir dos perfis de concentração obtidos para os dois conjuntos de ensaios em batelada é que, apesar de terem sido usados as cepas C. acetobutylicum ATCC 824 e C. beijerinckii ATCC 25752, ambas representantes fidedignas das bactérias solventogênicas do gênero Clostridium, a fermentação foi preponderantemente ácida, com geração abundante de ácido lático em lugar dos demais metabólitos esperados.

Os resultados obtidos nos testes com glicose do segundo conjunto de ensaios em batelada mostraram que a fermentação da fonte de carbono foi eminentemente lática, isto é, com predominância do ácido lático em detrimento dos demais ácidos, os quais também foram obtidos em concentrações relevantes, porém consideravelmente mais baixos. Logo, da mesma maneira que para os testes com vinhaça sintética do mesmo conjunto de ensaios em batelada, presume-se que houve uma interrupção precoce da rota bioquímica de geração do butanol, com destaque para os ensaios com glicose terem exibido concentrações de eta nol mais altas que aquelas nos ensaios com vinhaça sintética.

Para fins de comparação, a Tabela 21 sumariza alguns resultados extraídos da literatura de referência e obtidos no presente trabalho. Os balanços de massa calculados com os dados relativos ao tempo de 96 h para o segundo conjunto de ensaios em batelada se encontram no APÊNDICE A, na Tabela 57. A concordância variou de 50 (GA) a 99% (VB), sugerindo que houve geração, em maiores ou menores concentrações equivalentes de DQO (a depender da batelada), de compostos que não foram quantificados, certamente compostos orgânicos.

Clostridium spp.

Substrato Linhagem Concentrações de AORs e solventes (g L

-1₎

Referência

HBu HAc HLa HPr AcO BuOH EtOH

Glicose (20 g gli L-1₎

C. acetobutylicum

ATCC 824 3,87 2,40 ND ND 0,02 0,05 ND Holt et al. (1984) Glicose

(40 g gli L-1₎

C. acetobutylicum

ATCC 824 4,96 4,92 ND ND 0,41 1,33 0,28 Holt et al. (1984) Glicose (10 g gli L-1₎ C. acetobutylicum ATCC 824 5,4 1,2 ND + _{ND ND 0,2 0,5 Oh et al. (2009)} Mistura de açúcar (28 g sac L-1 _{+ 4 g gli L}-1 _{+ 8 g fru L}-1₎

(48 h)§ C. saccharobutylicum DSM 13864 0,72 13,15 ND ND 3,88 8,79 0,48 Ni et al. (2012) Melaço (60 g açúcar total L-1₎ (84 h) C. beijerinckii L175 ~1,2 ~1,1 ND ND ~4,8 ~15,0 ~2,2 Li et al. (2013)* Soro de queijo (55 g lac L-1₎ C. acetobutylicum

ATCC 824 1,70 2,61 5,49 ND 0,04 0,06 1,20 Durán-Padilla et al. (2014) Glicose (40 g gli L-1₎ (43 h) C. saccharobutylicum DSM 13864 0,15 0,45 0,20 ND 3,62 5,97 0,27 Magalhães (2015) Xilose (40 g xil L-1₎ (43 h) C. saccharobutylicum DSM 13864 0,57 0,90 0,32 ND 2,32 4,35 0,24 Magalhães (2015) Manipueira (10 g açúcares redutores L-1₎ C. beijerinckii ATCC 10132 3,98 1,31 0,06 ND ND 0,64 2,52 Chogi (2016) Glicose (80 g gli L-1₎ (72 h) C. acetobutylicum

Clostridium spp (continuação).

Substrato Linhagem Concentrações de AORs e solventes (g L

-1₎

Referência

HBu HAc HLa HPr AcO BuOH EtOH

Substrato complexo (20 g DQO L-1_{; 10,5 g sac L}-1₎ (1078 h) C. acetobutylicum ATCC 824 0,345 1,148 6,417 0,343 ND ND 0,537 Francisco (2018)** Substrato complexo (20 g DQO L-1_{; 10,5 g sac L}-1₎ (842 h) C. beijerinckii ATCC 25752 0,462 0,702 7,136 0,314 ND 0,004 0,849 Francisco (2018)** Substrato complexo (20 g DQO L-1_{; 10,5 g sac L}-1₎ (844 h) Cultura mista de C. acetobutylicum ATCC 824 e C. beijerinckii ATCC 25752 4,695 0,190 3,644 0,259 ND 0,009 3,644 Francisco (2018)** Glicose (30 g gli L-1₎ C. acetobutylicum DSMZ 792 2,81 2,02 3,91 1,28 ND ND 1,16 Silva (2019) Vinhaça sintética (20 g DQO L-1_{; 12 g sac L}-1₎ (96 h) C. acetobutylicum

ATCC 824 0,72 1,64 5,65 0,67 ND ND 1,09 Presente trabalho Vinhaça sintética

(20 g DQO L-1_{; 12 g sac L}-1₎

(96 h)

C. beijerinckii ATCC

25752 0,57 0,96 14,06 0,89 ND ND 0,99 Presente trabalho Solução aquosa de glicose

(20 g gli L-1₎

(96 h)

C. acetobutylicum

ATCC 824 0,35 0,40 1,85 0,40 ND ND 1,40 Presente trabalho Solução aquosa de glicose

(20 g gli L-1₎

(96 h)

C. beijerinckii ATCC

25752 0,65 0,61 6,01 0,54 ND ND 1,13 Presente trabalho

Legenda: +_{ND: não disponível ou não detectado;} §_{Tempo de operação em que os dados foram coletados} ; _{*Concentrações precedidas pelo símbolo “~” foram obtidas de gráficos,}

5.4 Reatores anaeróbios de leito fixo operados continuamente com vinhaça sintética –