Produção de etanol e xilitol a partir de misturas dos subprodutos de biomassas das Américas do Sul e do norte, em reator de coluna de bolhas operado em modo de leito fluidizado

• Processo: 18/13882-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2018
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2020
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Silvio Silvério da Silva
• Beneficiário: Alesson Santos da Silva
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 16/10636-8 - Da fábrica celular à biorrefinaria integrada Biodiesel-Bioetanol: uma abordagem sistêmica aplicada a problemas complexos em micro e macroescalas, AP.BIOEN.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 18/23241-7 - Produção de xilitol a partir de misturas dos subprodutos de biomassas das Américas do Sul e do Norte, em reator de tanque agitado (STR), BE.EP.IC
• Assunto(s): Biotecnologia Aproveitamento de subprodutos Energia renovável Tratamento químico de água Reatores de leito fluidificado Etanol Xilitol
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Candida guilliermondii | Etanol a partir de mistura de biomassas | Mistura de biomassas | Mistura de subprodutos de biomassas | Palha de trigo com sabugo de milho | Palha e bagaço de cana de açúcar | Scheffersomyces shehatae | xilitol a partir de mistura de biomassas | Xilitol e etanol em reator de coluna de bolhas | Biotecnologia

Resumo

O etanol é o biocombustível iminente a substituição do petróleo, uma vez que é menos danoso ao meio ambiente e pode ser obtido a partir de fontes renováveis. Já o xilitol é um açúcar-álcool amplamente utilizado por ser um produto com várias aplicações nos ramos da medicina, indústria alimentícia dentre outros. Diversos países têm investido em pesquisas referentes a produção de bioprodutos a partir de variadas biomassas e de seus subprodutos, sendo um dos exemplos mais comum a produção de etanol de segunda geração no Brasil a partir do bagaço de cana-de-açúcar. Além do Brasil, o Canadá também tem investido na produção de etanol a partir do milho e do trigo. Já para o xilitol, por exemplo, desde 2008, a indústria bioquímica canadense tem focado no desenvolvimento de um processo produtivo mais barato, enquanto o Brasil permanece importando a maior parte desse importante produto. De fato, estas mesmas matérias-primas canadenses também são produzidas no Brasil, mas seus subprodutos são, na maioria das vezes, utilizados como ração para animais ou fontes de energia a partir da queima. Nesse contexto, o presente projeto terá por objetivo, avaliar a produção biotecnológica de etanol e xilitol a partir da mistura de biomassas em dois conjuntos. O primeiro será formado pela mistura dos subprodutos de algumas das principais biomassas do Brasil (palha e bagaço de cana-de-açúcar), e o segundo pela mistura dos subprodutos de algumas das principais biomassas do Canadá (sabugo de milho e palha de trigo). Esse processo será conduzido em reator de coluna de bolhas operado em modo de leito fluidizado. Em uma primeira etapa, será realizado pré-tratamento ácido de cada conjunto, em reator de alta pressão, avaliando separadamente os processos. Posteriormente os hidrolisados hemicelulósicos (em processos separados) serão quimicamente preparados e utilizados como fonte de carbono para avaliação da produção de xilitol pela levedura Candida guilliermondii em reator de coluna de bolhas. Em uma outra etapa, a porção sólida remanescente (celulignina) será lavada, seca e pré-tratada em meio alcalino em reator de coluna de bolhas visando a deslignificação e aumento da digestibilidade enzimática desta fração da biomassa. A porção sólida remanescente será conduzida a pré-tratamento enzimático, sendo o processo de sacarificação também realizado em reator de coluna de bolhas operado em configuração de leito fluidizado. Posteriormente o hidrolisado resultante será utilizado como fonte de carbono para produção de etanol, utilizando a levedura Scheffersomyces shehatae. Por estes resultados, será possível comparar a viabilidade do uso de cada conjunto de matérias-primas, bem como avaliar pré-tratamentos químicos, enzimáticos e fermentação em reator de coluna de bolhas. Com este projeto espera-se obter resultados que fortaleçam a tecnologia do processo de produção biotecnológica de etanol e xilitol a partir de diferentes conjuntos de biomassas, em um processo fermentativo que venha contribuir no desenvolvimento de biorrefinarias atuais, além de contribuir com o treinamento técnico-científico adequado ao aluno de iniciação científica. O etanol é o biocombustível iminente a substituição do petróleo, uma vez que é menos danoso ao meio ambiente e pode ser obtido a partir de fontes renováveis. Já o xilitol é um açúcar-álcool amplamente utilizado por ser um produto com várias aplicações nos ramos da medicina, indústria alimentícia dentre outros. Diversos países têm investido em pesquisas referentes a produção de bioprodutos a partir de variadas biomassas e de seus subprodutos, sendo um dos exemplos mais comum a produção de etanol de segunda geração no Brasil a partir do bagaço de cana-de-açúcar. Além do Brasil, o Canadá também tem investido na produção de etanol a partir do milho e do trigo. Já para o xilitol, por exemplo, desde 2008, a indústria bioquímica canadense tem focado no desenvolvimento de um processo produtivo mais barato, enquanto o Brasil permanece importando a maior parte desse importante produto. De fato, estas mesmas matérias-primas canadenses também são produzidas no Brasil, mas seus subprodutos são, na maioria das vezes, utilizados como ração para animais ou fontes de energia a partir da queima. Nesse contexto, o presente projeto terá por objetivo, avaliar a produção biotecnológica de etanol e xilitol a partir da mistura de biomassas em dois conjuntos. O primeiro será formado pela mistura dos subprodutos de algumas das principais biomassas do Brasil (palha e bagaço de cana-de-açúcar), e o segundo pela mistura dos subprodutos de algumas das principais biomassas do Canadá (sabugo de milho e palha de trigo). Esse processo será conduzido em reator de coluna de bolhas operado em modo de leito fluidizado. Em uma primeira etapa, será realizado pré-tratamento ácido de cada conjunto, em reator de alta pressão, avaliando separadamente os processos. Posteriormente os hidrolisados hemicelulósicos (em processos separados) serão quimicamente preparados e utilizados como fonte de carbono para avaliação da produção de xilitol pela levedura Candida guilliermondii em reator de coluna de bolhas. Em uma outra etapa, a porção sólida remanescente (celulignina) será lavada, seca e pré-tratada em meio alcalino em reator de coluna de bolhas visando a deslignificação e aumento da digestibilidade enzimática desta fração da biomassa. A porção sólida remanescente será conduzida a pré-tratamento enzimático, sendo o processo de sacarificação também realizado em reator de coluna de bolhas operado em configuração de leito fluidizado. Posteriormente o hidrolisado resultante será utilizado como fonte de carbono para produção de etanol, utilizando a levedura Scheffersomyces shehatae. Por estes resultados, será possível comparar a viabilidade do uso de cada conjunto de matérias-primas, bem como avaliar pré-tratamentos químicos, enzimáticos e fermentação em reator de coluna de bolhas. Com este projeto espera-se obter resultados que fortaleçam a tecnologia do processo de produção biotecnológica de etanol e xilitol a partir de diferentes conjuntos de biomassas, em um processo fermentativo que venha contribuir no desenvolvimento de biorrefinarias atuais, além de contribuir com o treinamento técnico-científico adequado ao aluno de iniciação científica.