Produção de etanol a partir da palha de arroz por sacarificação e fermentação simultânea empregando um reator agitado não convencional

• Processo: 13/13953-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2013
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2016
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Microbiologia - Microbiologia Aplicada
• Pesquisador responsável: Ines Conceicao Roberto
• Beneficiário: Rafael Cunha de Assis Castro
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 15/20510-9 - Avaliação técnico-econômica da produção de etanol a partir da palha de arroz com base na plataforma bioquímica de biorrefinaria, BE.EP.DR
• Assunto(s): Kluyveromyces marxianus Etanol Lignocelulose
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Etanol | Kluyveromyces marxianus | Lignocelulose | Palha de arroz | Reator não convencional | Microbiologia Industrial e de Fermentação

Resumo

Um dos maiores desafios da sociedade no século 21 é conciliar a crescente demanda de energia para as necessidades industriais e de transportes com a sustentabilidade. O etanol combustível, que pode ser obtido a partir de diferentes matérias-primas por processos biotecnológicos, tem sido considerado uma das possíveis alternativas frente aos derivados de petróleo. Dentre as matérias-primas que podem ser utilizadas para a produção de etanol, destacam-se os materiais lignocelulósicos, especialmente os resíduos agroindustriais. A palha de arroz é um dos mais abundantes resíduos lignocelulósicos da atividade agrícola no mundo, sendo cada quilograma de cereal colhido acompanhado da produção de 1 a 1,5 Kg de palha. Devido ao seu elevado conteúdo de celulose e hemicelulose, que podem ser prontamente hidrolisados em açúcares fermentescíveis, este resíduo constitui uma matéria prima em potencial para a produção de etanol combustível de segunda geração. A hidrólise enzimática da fração celulósica é favorecida quando o produto (glicose) é retirado do meio, diminuindo assim a inibição das celulases. A sacarificação e fermentação simultânea (SSF), em que a glicose liberada na hidrólise pode ser prontamente fermentada a etanol, permite reduzir a inibição enzimática e favorecer a produtividade do processo. Entretanto, devem ser empregados micro-organismos com eficiência fermentativa na mesma faixa de temperatura ótima das celulases (45 a 50 °C), o que limita a utilização de leveduras convencionais, tais como a Saccharomyces cerevisiae, a qual não apresenta características termotolerantes. Dentre deste contexto, e visando contribuir com o desenvolvimento das pesquisas de obtenção de etanol por SSF o presente trabalho se propõe a estudar esta estratégia de processo a partir da palha de arroz submetida a diferentes pré-tratamentos, empregando uma levedura termotolerante previamente selecionada em nossos Laboratórios (Kluyveromyces marxianus NRRL Y-6860). No que se refere aos pré-tratamentos, além dos métodos amplamente estudados na literatura (ácido e alcalino), está sendo proposto o emprego de processos oxidativos avançados (POAs), ainda pouco difundido na literatura. Nas condições otimizadas de pré-tratamento, será utilizado um reator não convencional do tipo moinho de bolas vertical (MBV) na presença de esferas de vidro, de forma a combinar um tratamento físico da biomassa com a etapa de sacarificação e fermentação simultânea. Nesta etapa, será também avaliada a SSF em batelada alimentada visando estudar o processo com maior teor de sólidos. Espera-se com esta configuração de reator o favorecimento da acessibilidade da celulose à hidrólise enzimática, além da melhoria dos parâmetros fermentativos. Em ensaios exploratórios no reator MBV utilizando como substrato a palha de arroz pré-tratada com ácido diluído, os resultados mostraram um aumento de 25 % no rendimento de hidrólise enzimática quando comparado aos resultados obtidos em frascos agitados. Tais resultados indicam que a utilização deste reator poderá contribuir de forma significativa para os avanços nesta área.

Publicações científicas

(7)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DE ASSIS CASTRO, RAFAEL CUNHA; FONSECA, BRUNO GUEDES; LIMA DOS SANTOS, HILTON TULIO; FERREIRA, ISABELA SILVEIRA; MUSSATTO, SOLANGE INES; ROBERTO, INES CONCEICAO. Alkaline deacetylation as a strategy to improve sugars recovery and ethanol production from rice straw hemicellulose and cellulose. INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, v. 106, n. SI, p. 65-73, NOV 1 2017. (13/13953-6, 15/24813-6)

HALLERAKER, HILDE VIK; KALOGIANNIS, KONSTANTINOS; LAPPAS, ANGELOS; CASTRO, RAFAEL C. A.; ROBERTO, INES C.; MUSSATTO, SOLANGE I.; BARTH, TANJA. The Consistency of Yields and Chemical Composition of HTL Bio-Oils from Lignins Produced by Different Preprocessing Technologies. ENERGIES, v. 15, n. 13, p. 21-pg., 2022-07-01. (15/20510-9, 15/24813-6, 13/13953-6)

DE ASSIS CASTRO, RAFAEL CUNHA; MUSSATTO, SOLANGE I.; ROBERTO, INES CONCEICAO. A vertical ball mill as a new reactor design for biomass hydrolysis and fermentation process. RENEWABLE ENERGY, v. 114, n. B, p. 775-780, DEC 2017. (13/13953-6, 15/24813-6)

ROBERTO, INES C.; CASTRO, RAFAEL C. A.; SILVA, JOAO PAULO A.; MUSSATTO, SOLANGE I.. Ethanol Production from High Solid Loading of Rice Straw by Simultaneous Saccharification and Fermentation in a Non-Conventional Reactor. ENERGIES, v. 13, n. 8, APR 2020. (15/24813-6, 13/13953-6)

CASTRO, RAFAEL C. A.; FERREIRA, ISABELA S.; ROBERTO, INES C.; MUSSATTO, SOLANGE I.. Isolation and physicochemical characterization of different lignin streams generated during the second-generation ethanol production process. International Journal of Biological Macromolecules, v. 129, p. 497-510, MAY 15 2019. (13/13953-6, 15/20510-9, 15/24813-6)

DE ASSIS CASTRO, RAFAEL CUNHA; FONSECA, BRUNO GUEDES; LIMA DOS SANTOS, HILTON TULIO; FERREIRA, ISABELA SILVEIRA; MUSSATTO, SOLANGE INES; ROBERTO, INES CONCEICAO. Alkaline deacetylation as a strategy to improve sugars recovery and ethanol production from rice straw hemicellulose and cellulose. INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, v. 106, p. 9-pg., 2017-11-01. (15/24813-6, 13/13953-6)

DE ASSIS CASTRO, RAFAEL CUNHA; MUSSATTO, SOLANGE I.; ROBERTO, INES CONCEICAO. A vertical ball mill as a new reactor design for biomass hydrolysis and fermentation process. RENEWABLE ENERGY, v. 114, p. 6-pg., 2017-12-01. (15/24813-6, 13/13953-6)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

CASTRO, Rafael Cunha de Assis. Produção de etanol a partir da palha de arroz por sacarificação e fermentação simultânea empregando um reator agitado não convencional.. 2017. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de Lorena (EEL/ASDI) Lorena.