Produção de butanol a partir de madeira de eucalipto: efeito do glicerol na desintoxicação in situ de inibidores microbianos derivados de material lignocelulósico e análise in silico do metabolismo do Clostridium beijerinckii NCIMB 8052

• Processo: 16/01785-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2017
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Elmer Alberto Ccopa Rivera
• Beneficiário: Elmer Alberto Ccopa Rivera
• Pesquisador Anfitrião: Thaddeus Chukwuemeka Ezeji
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Ohio State University, Columbus, Estados Unidos
• Assunto(s): Bioprocessos Butanóis Clostridium Fermentação
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: butanol | Clostridium beijerinckii NCIMB 8052 | Fermentação a vácuo | madeira de eucalipto | Modelos metabólicos em escala genômica | Bioprocessos

Resumo

O principal objetivo deste estudo é abordar dois gargalos importantes que impedem a produção industrial em larga escala de butanol (um biocombustível avançado) a partir de madeira de eucalipto, que abrangem a baixa conversão de açúcar e baixa produtividade de butanol devido a inibições causadas por compostos inibidores de microrganismos derivados de material lignocelulósico (LDMICs) e o produto da fermentação (n-butanol). Para uma abordagem eficiente destes problemas, este projeto utilizará o glicerol como um agente de desintoxicação in situ de LDMICs em combinação com a recuperação in situ de butanol do caldo durante a fermentação. Espera-se que o catabolismo de glicerol por Clostridium beijerinckii NCIMB 8052 durante a fermentação de açúcares derivados da madeira de eucalipto aumente a produção de NAD(P)H, o qual o microrganismo utiliza para transformar altas concentrações de LDMICs, tais como furfural e hidroximetilfurfural, em compostos menos inibitórios. Para melhorar a conversão de glicerol em butanol por C. beijerinckii, será empregada a engenharia metabólica para transformar a cepa com um plasmídeo que expressa glicerol desidrogenase (GDH), obtido a partir de Clostridium pasteurianum, que é um microrganismo reconhecido pela sua capacidade de utilizar glicerol como fonte de carbono. Compatível com esta tarefa, será conduzida a reconstrução in silico das redes metabólicas para examinar os efeitos dos inibidores no metabolismo das cepas selvagens e recombinantes de C. beijerinckii NCIMB 8052. Para superar o problema de toxicidade do butanol nos microrganismos da fermentação, e o aumento da produtividade do butanol, o butanol produzido durante a fermentação da mistura de madeira de eucalipto pré-tratado com ácido diluído e o glicerol será continuamente recuperado em tempo real durante a fermentação com a tecnologia de arraste de gás assistida por vácuo (do inglês vacuum-assisted gas stripping). Este projeto de pesquisa está vinculado aos processos FAPESP 15/07097-5 e 15/50243-2 em desenvolvimento pela FEQ/UNICAMP e Ohio State University (OSU). (AU)

Publicações científicas

(5)

(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)

ASSUMPCAO, DANIEL DE CASTRO; CCOPA RIVERA, ELMER ALBERTO; TOVAR, LAURA PLAZAS; EZEJI, THADDEUS CHUKWUEMEKA; MACIEL FILHO, RUBENS; MARIANO, ADRIANO PINTO. Resolving mismatches in the flexible production of ethanol and butanol from eucalyptus wood with vacuum fermentation. Bioprocess and Biosystems Engineering, v. 41, n. 11, p. 1651-1663, NOV 2018. (15/50243-2, 16/01785-0, 15/07097-5)

FLEIG, OLIVIA PANIZ; LOPES, EMILIA SAVIOLI; RIVERA, ELMER CCOPA; MACIEL FILHO, RUBENS; TOVAR, LAURA PLAZAS. Concept of rice husk biorefining for levulinic acid production integrating three steps: Multi-response optimization, new perceptions and limitations. Process Biochemistry, v. 65, p. 146-156, FEB 2018. (16/01785-0, 15/17592-3, 15/20630-4)

RIVERA, ELMER C.; ASSUMPCAO, DANIEL C.; KWON, HYUN J.; OKONKWO, CHRISTOPHER C.; EZEJI, THADDEUS C.; FILHO, RUBENS M.; MARIANO, ADRIANO P.. Mechanistic modeling of redox balance effects on the fermentation of eucalyptus wood-derived xylose to acetone-butanol-ethanol. Biochemical Engineering Journal, v. 190, p. 12-pg., 2023-01-01. (15/07097-5, 16/01785-0, 15/50243-2)

RIVERA, ELMER CCOPA; YAMAKAWA, CELINA K.; SAAD, MARCELO B. W.; ATALA, DANIEL I. P.; AMBROSIO, WESLEY B.; BONOMI, ANTONIO; NOLASCO JUNIOR, JONAS; ROSSELL, CARLOS E. V.. Effect of temperature on sugarcane ethanol fermentation: Kinetic modeling and validation under very-high-gravity fermentation conditions. Biochemical Engineering Journal, v. 119, p. 42-51, MAR 15 2017. (16/01785-0)

TOVAR, LAURA PLAZAS; RIVERA, ELMER CCOPA; MARIANO, ADRIANO PINTO; WOLF MACIEL, MARIA REGINA; MACIEL FILHO, RUBENS. Prediction of overall glucose yield in hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse using a single artificial neural network: good insight for process development. JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, v. 93, n. 4, p. 1031-1043, APR 2018. (08/57873-8, 16/01785-0, 12/10857-3)