Sacarificação e Fermentação Simultânea do BC-PHA

As Figuras 4.5A e 4.5B apresentam os perfis de glicose, xilose e etanol durante os processos SFS utilizando as cepas K. marxianus ATCC e K. marxianus CCA510, respectivamente.

Como pode ser observado nas Figuras 4.5A e 4.5B, o perfil da concentração de glicose são diferentes para as duas cepas de K. marxianus avaliadas. Utilizando a levedura K. marxianus ATCC36907, ocorre um aumento na concentração de glicose com 2 h do processo SFS e após uma diminuição drástica permanecendo constante durante todo o processo e aproximadamente igual a zero. Isto indica que rapidamente a

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levedura fermentou o açúcar e mais rápido que a conversão da celulose em glicose ela é hidrolisada (Lee et al., 2013; Chen et al., 2008).

No entanto, o processo conduzido com K. marxianus CCA510, ocorre uma aumento gradativo da concentração de glicose, alcançando um valor máximo de aproximadamente 30 g/L, valor próximo ao obtido na hidrólise enzimática (36 g/L) avaliada em etapas anteriores desse estudo. Esse perfil indica que a levedura K. marxianus CC510 não consumiu a glicose formada no processo de sacarificação para a produção de etanol. Provavelmente as condições realizadas no processo, temperatura de 45 ºC, não favoreceu o crescimento da levedura.

Para a levedura K. marxianus ATCC36907 obteve-se um nível máximo de 18,0 g/L de etanol usando a cargas de 4 gcelulose (9% m/v de BC-PHA) com 48 h de processo, permanecendo praticamente constante após esse período. Essa concentração de etanol corresponde a aproximadamente 98% de conversão da celulose adicionada no processo SFS. Comparando o tempo combinado (72 + 6 = 78 h), necessários para o processo de hidrólise enzimática e fermentação separado (72 h) e um tempo mínimo médio de fermentação do hidrolisado (6 h), SFS oferece uma vantagem única de completar o processo de produção de etanol com redução do tempo em 38% (48 h).

Integração dos processos de sacarificação e fermentação é importante para a redução do custo da produção de etanol a partir de qualquer matéria-prima lignocelulósica (Saha e Cotta, 2011). Processo SFS, combinando a hidrólise enzimática da celulose com a fermentação da glicose, reduz a acumulação de celulose e de glicose, inibidores da enzima celulase, aumentando assim a taxa de sacarificação e rendimentos de etanol (Chen et al., 2008).

Analisando a Figura 6A, a glicose produzida foi rapidamente convertido em etanol, sem nenhuma acumulação, enquanto a xilose foi utilizado mais lenta do que a glicose, este resultado é semelhante ao obtido por Zhao e Xia (2009).

hidrogêniopara produção de etanol por HFS e SFS. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Conc e n tr aç ão ( g/L ) Tempo (h) (A) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 5 10 15 20 25 30 35 Conc e n tr aç ão ( g/L ) Tempo (h) (B)

Figura 4.5 Produção de etanol por SFS, utilizando bagaço de caju pré-tratado com peróxido de hidrogênio alcalino (BC-PHA), 30 FPU/gBC-PHA do complexo celulase, 66 CBU/gBC-PHA β-glicosidase, 4 gcelulose/100 mL, a 45 ºC e 150 rpm utilizando os micro- organismos: (A) K. marxianus ATCC36907 e (B) K. marxianus CCA510. (●) Glicose;

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Tem sido mostrado que os rendimentos mais elevados de etanol podem ser obtidos por Sacarificação e Ferementação Simultânea (SFS) quando comparados com a Hidrólise e Fermentação Separada (HFS) (Tomás-Pejo et al., 2009). No entanto, uma das principais desvantagens de um processo SFS é a temperatura ideal para o crescimento do micro-organismo e para as enzimas. Considerando que, a hidrólise enzimática tem uma temperatura ótima de cerca de 45 a 50 ºC, porém a maioria dos micro-organismos usados na produção de etanol, têm uma temperatura ótima variando entre 30 e 37 °C (Jorgensen et al., 2007), com base no resultados do presente trabalho, a temperatura de 45 °C pode ser aplicada no o processo SFS do bagaço de caju pré- tratado com peróxido de hidrogênio alcalino usando a a levedura K. marxianus

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4.3 Conclusão

Resultados obtidos neste capítulo mostraram que a fibra do caju apresenta potencial em carboidratos para produção de etanol por fermentação. Inicialmente, faz-se necessário o pré-tratamento da fibra com vistas à disponibilização dos açúcares presentes na hemicelulose e celulose. O pré-tratamento com peróxido de hidrogênio promoveu uma elevada solubilização na lignina, tornando a celulose mais disponível ao ataque enzimático.

As condições de hidrólise que proporcionaram maior concentração de glicose e xilose foram com a combinação enzimática do complexo celulase com β-glicosidase, a proporção de 0,61: 0,39. A carga enzimática com 30 FPU/gBC-AHP do complexo celulase e 66 CBU/gBC-AHP de β-glicosidase proporcionou o melhor rendimento em açúcar. Visando uma maior concentração de açucares para uma posterior fermentação, a carga de celulose referente a 4,0 g celulose/100 mL de solução foi utilizada na realização da hidrólise com produção de hidrolisado composto por 35,7 g/L glicose e 13 g/L xilose.

A fermentação em HFS para as três cepas avaliadas resultou em um coeficiente de rendimento de produto com base no consumo de substrato (YP/S) de aproximadamente 0,50 getanol/gglicose valor próximo ao rendimento teórico 0,51. Na fermentação em SFS a temperatura de 45 ºC não favoreceu ao metabolismo celular da cepa de K. marxianus CCA 510, para a cepa de K. marxianus ATCC 36907 obteve-se um nível máximo de 18,0 g/L de etanol.

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