Fisiologia de bactérias láticas contaminantes da fermentação alcoólica na presença de inibidores lignocelulósicos.

Autor(es)

Thamiris Guerra Giacon

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC)
• Data de defesa: 2021-05-05

Membros da banca

Thiago Olitta Basso; Felipe Senne de Oliveira Lino; Sarita Cândida Rabelo

• Orientador: Thiago Olitta Basso

Resumo

O etanol de segunda geração (2G) é produzido aproveitando-se dos resíduos agroindustriais, florestais e até mesmo lixos municipais para a obtenção da biomassa lignocelulósica, que é previamente tratada para a liberação dos açúcares fermentescíveis para a obtenção do etanol. No entanto, a fermentação desses hidrolisados lignocelulósicos ainda enfrentam muitos desafios científicos e tecnológicos. Os processos de pré-tratamento geram uma variedade de compostos que atuam como inibidores do metabolismo dos microrganismos produtores de etanol, e assim, reduzem a eficiência da fermentação. Além dos inibidores, outro problema enfrentado tanto na produção de etanol de primeira geração (1G) quanto 2G é a presença de microrganismos contaminantes, em especial as bactérias láticas. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o impacto de inibidores presentes em hidrolisados lignocelulósicos oriundos do pré-tratamento da canade-açúcar sobre a fisiologia de bactérias láticas (LAB) contaminantes da fermentação alcoólica, na ausência e na presença de leveduras. Inicialmente foi avaliado o crescimento de LAB homo- e heterofermentativas na presença de diferentes açúcares relevantes à indústria de biocombustíveis. Nesses experimentos, foi observado que as maiores velocidades de crescimento foram obtidas em uma mistura de glicose e frutose, e somente as LAB heterofermentativas cresceram na presença de xilose. De uma forma geral, os compostos fenólicos e ácidos orgânicos apresentaram efeitos negativos sobre os dois tipos metabólicos de LAB, diminuindo a máxima velocidade específica de crescimento (µmax) em comparação ao controle, sem os inibidores. No entanto, na presença dos derivados furânicos (furfural e HMF) foi observado um estímulo do crescimento nas LAB heterofermentativas, com o aumento de µmax, de 0,296h-1 do controle para 0,309h-1 na presença de HMF e 0,414h-1 na presença de furfural. Por outro lado, nas LAB homofermentativas um efeito inibitório foi observado, com consequente redução de µmax de 0,358h-1 do controle para 0,297h-1 na presença de HMF e 0,207h-1 na presença de furfural. É provável que tanto furfural como HMF atuem nas LAB heterofermentativas como aceptores externos de elétrons, reoxidando cofatores enzimáticos e consequentemente liberando-os para reações de biossíntese, resultando no aumento de µmax. No experimento em frascos estáticos, além do aumento de µmax, foi evidenciada a diminuição da produção de lactato e o deslocamento para a produção de acetato, que diante dos inibidores tornou-se uma via mais energeticamente favorável para as LAB heterofermentativas, com fator de conversão a acetato (Yac/s) variando do controle de 0,032g/g para 0,101g/g e 0,068g/g com HMF e fufural respectivamente. Na presença de inibidores furânicos, o co-culitvo entre LAB e uma levedura industrial de Saccharomyces cerevisiae, mostrou que a LAB homofermentativa apresentou um efeito deletério maior sobre a levedura do que a LAB heterofermentativa, visto que a viabilidade celular da levedura foi de 50,3% no primeiro caso e de 71,1% no segundo, aparentemente pela concentração maior de ácido láctico na presença da homofermentativa. Avaliar a performance dessas bactérias contaminantes perante os compostos inibidores e açúcares gerados no pré-tratamento é de extrema importância, pois essas bactérias já são resistentes às condições do processo como temperatura, pH e alta concentração de etanol. Se, além de resistentes às condições do processo, também se mostrarem resistentes aos inibidores gerados no pré-tratamento e consumidoras de pentose, cuidados adicionais para o controle desses microrganismos deverão ser tomados nos processos de produção de etanol 2G. (AU)

• Processo FAPESP: 19/13826-0 - Fisiologia de bactérias láticas contaminantes da fermentação alcoólica na presença de inibidores lignocelulósicos
• Beneficiário: Thamiris Guerra Giacon
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado