Modelagem cinética da fermentação de pentoses: entendimento do comportamento sinérgico dos inibidores no metabolismo de leveduras S. cerevisiae geneticamente modificadas

• Processo: 19/00103-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2024
• Área de conhecimento: Interdisciplinar
• Pesquisador responsável: Edvaldo Rodrigo de Morais
• Beneficiário: Rafael Boni
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/08001-5 - Uma abordagem de modelo híbrido para estimar e prever o comportamento do processo de fermentação lignocelulósica frente ao efeito sinérgico de compostos inibidores e diferentes fontes carbono, BE.EP.DD
• Assunto(s): Bioenergia Fermentação Pentoses Xilose Saccharomyces cerevisiae Biocombustíveis Modelos matemáticos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: ajuste de parametros | Biocombustíveis | fermentação | modelagem matematica | otimização | Bioenergia

Resumo

No Brasil, os principais materiais lignocelulósicos para a produção do etanol de segunda geração são o bagaço e a palha da cana-de-açúcar. Em geral, as biomassas lignocelulósicas, compostas basicamente de celulose, hemicelulose e lignina, apresentam uma estrutura complexa e compacta, o que requer uma etapa de pré-tratamento (físico e/ou químico), que tem como objetivo principal, recuperar, através da solubilização da fração hemicelulósica, os açúcares de cinco carbono ou pentoses e aumentar a área superficial da biomassa, para um maior rendimento da hidrólise enzimática. No entanto, compostos inibidores gerados durante a etapa de pré-tratamento mostram um comportamento sinérgico que promove a queda de rendimento do processo fermentativo. Além disso, açúcares de cinco carbonos como a xilose não são naturalmente fermentadas por Saccharomyces cerevisiae, embora consigam metabolizar a xilulose, um de seus isômeros. A modelagem matemática pode ser encarada como uma ferramenta de desenvolvimento tecnológico para processos fermentativos, uma vez que se baseia no uso de equações matemáticas para representar as transformações que ocorrem dentro do biorreator e que estão associadas às complexas reações bioquímicas que ocorrem em seu interior, bem como, com as velocidades com que as mesmas se processam. Portanto, o objetivo deste projeto é realizar a modelagem matemática e cinética do processo fermentativo de pentoses usando uma S. cerevisiae geneticamente modificada, contendo a enzima xilose isomerase, para avaliar e compreender a influência dos perfis sinérgicos dos inibidores na produção de etanol de segunda geração a partir das pentoses. Experimentalmente espera-se identificar as concentrações de importantes inibidores lignocelulósicos, separadamente e combinados entre si, que afetam a fermentação de pentoses, enquanto que na parte computacional espera-se obter um modelo que represente adequadamente os mecanismos reacionais e os diferentes tipos de inibição. (AU)