Otimização da produção de butanol por cepas de Clostridium spp. utilizando hidrolisado lignocelulósico

Autor(es)

Beatriz Leite Magalhães

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2015-06-03

Membros da banca

Marcelo Brocchi; Daniel Ibraim Pires Atala; Fabiana Fantinatti Garboggini

• Orientador: Marcelo Brocchi

Resumo

Atualmente, o maior desafio da indústria de biotecnologia é a produção de combustíveis e compostos de interesse petroquímico, a partir de fontes renováveis, de forma economicamente viável. Dentre estes compostos destaca-se o butanol, um importante precursor químico industrial e com potencial para ser utilizado como combustível. O butanol pode ser produzido a partir de derivados de petróleo ou naturalmente por fermentação de espécies de clostrídio solventogênicas. Este processo fermentativo apresenta como principais produtos acetona, butanol e etanol (ABE), sendo, por isso, conhecido como fermentação ABE. Atualmente, a prática da fermentação ABE em escala industrial apresenta como principais obstáculos o alto custo dos substratos utilizados como matéria-prima e o seu baixo desempenho fermentativo. Neste contexto, o uso de hidrolisado de palha de cana-de-açúcar, um substrato considerado abundante e barato, poderia resolver em parte o problema da viabilidade econômica da fermentação ABE. Porém, para a geração deste hidrolisado, sua fonte de material lignocelulósico deve passar por duas etapas: pré-tratamento e hidrólise. Após este processamento, o hidrolisado gerado se caracteriza por ser uma mistura de hexoses e pentoses, mas também de inibidores de crescimento, o que representa um empecilho para a utilização deste material em uma fermentação. Assim, a busca e seleção de micro-organismos capazes de metabolizar diferentes açúcares e que sejam tolerantes aos inibidores presentes no hidrolisado, é visto como uma estratégia sustentável e barata para viabilizar a utilização de hidrolisados lignocelulósicos para a produção de químicos e combustíveis. Nesse contexto, este projeto visou o estabelecimento de uma condição onde fosse possível a produção microbiológica de n-butanol, a partir de hidrolisado lignocelulósico, com alto rendimento e produtividade. Para isso, o projeto contemplou a seleção de linhagens potenciais, o que resultou na escolha duas linhagens: Clostridium saccharoperbutylacetonicum DSM 14923, devido a sua alta produção de butanol, e Clostridium saccharobutylicum DSM 13864, por mostra-se capaz de co-fermentar glicose e xilose e apresentar maior robustez aos inibidores presentes no hidrolisado lignocelulósico. Além disso, foi realizada a otimização do meio e forma de cultivo para a obtenção de uma maior tolerância aos inibidores dos hidrolisados lignocelulósicos. Através desta abordagem, foi possível atingir uma melhora de 8 e 3,3 vezes na produção de butanol pelas linhagens C. saccharoperbutylacetonicum e C. saccharobutylicum, respectivamente. Além disso, com este meio otimizado foi possível a realização do cultivo das linhagens em maiores concentrações de hidrolisado. Por meio de ensaios fermentativos determinou-se que a linhagem C. saccharobutylicum DSM 13864 se destaca pela sua melhor performance em hidrolisado lignocelulósico, apresentando alto consumo de açúcar inclusive em altas concentrações deste substrato, sendo portanto a linhagem mais adequada para a fermentação neste substrato. Por outro lado, a concentração de butanol produzida ainda tem muito para ser melhorada indicando que o metabolismo desta linhagem em hidrolisado lignocelulósico precisa ser melhor compreendido. Ao final do trabalho, além da indicação da linhagem e o meio de cultivo otimizado para a produção de n-butanol a partir de hidrolisado lignocelulósico, geraram-se dados e resultados básicos que poderão ser empregados na produção de butanol em escala industrial (AU)

• Processo FAPESP: 13/06308-7 - Otimização da produção de butanol por cepas mutantes de Clostridium sp. utilizando hidrolisado de cana-de-açúcar
• Beneficiário: Beatriz Leite Magalhães
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado