Modelagem matemática do processo de produção de bioetanol de segunda geração com reciclo de células utilizando os microrganismos Scheffersomyces stipitis e Spathaspora passalidarum

Resumo

O bagaço de cana-de-açúcar é um subproduto lignocelulósico proveniente da produção de etanol (1G) e representa um substrato promissor para a produção de bioetanol de segunda geração (2G). Como as hemiceluloses compreendem cerca de 30% da massa seca do bagaço, o conteúdo de açúcares gerados após a hidrólise deste material compreende uma substancial porção para a produção de bioetanol de segunda geração. A levedura Saccharomyces cerevisiae ainda é o microrganismo mais utilizado para produção de bioetanol. Entretanto, a hidrólise da celulose e das hemiceluloses resulta em uma mistura de glicose, xilose, arabinose e outros monossacarídeos. Isto gera um problema, uma vez que S. cerevisiae, que pode fermentar hexoses derivadas da porção glucana da lignocelulose, não é capaz de metabolizar pentoses (xilose), a não ser que seja geneticamente transformada para expressar as rotas de assimilação de xilose. Sendo assim, a transformação de pentoses em bioetanol se torna um dos desafios mais importantes a resolver no âmbito científico e tecnológico em se tratando da produção de bioetanol proveniente de biomassa. Nesse contexto, leveduras naturalmente capazes de fermentar pentoses ganham destaque, como Scheffersomyces stipitis e Spathaspora passalidarum, consideradas leveduras promissoras para aplicação industrial na produção de bioetanol a partir de hidrolisados ricos em pentoses devido a seus metabolismos de conversão da xilose a bioetanol. Diferentemente da levedura S. stipitis, a qual precisa de uma condição de microaerofilia para otimização da produção de etanol, a levedura S. passalidarum é capaz de produzir etanol em condições estritamente anaeróbicas, o que se torna um diferencial para escolha do microrganismo. Considerando o processo de fermentação, a temperatura exerce uma importante influência. Em se tratando dos dois microrganismos em estudo, ainda não há clareza sobre a melhor temperatura de operação. Dessa forma, um estudo da cinética do processo fermentativo em função da temperatura usando mistura de glicose e xilose como substrato é essencial para definir as temperaturas ótimas de crescimento e consumo dos diferentes substratos, o que torna possível a proposta de formas de otimizar o processo. Sendo assim, o trabalho tem como objetivo central determinar a melhor levedura, dentre aquelas estudadas na presente proposta, assim como determinar a cinética da fermentação em função da temperatura para o processo de produção de etanol de segunda geração em substrato misto de xilose e glicose, bem como definir sobre a necessidade ou não de operar em condição de microaerofilia. Além disso, será realizado sequenciamento de RNA, tanto para S. passalidarum quanto para S. stipitis em bateladas sucessivas com reciclo de células, cujos resultados da expressão de enzimas envolvidas ao longo dos ciclos de fermentação servirão como arcabouço para o emprego desta tecnologia na produção de bioetanol de segunda geração. (AU)