A Produção De Etanol Utilizando A Levedura

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UTILIZAÇÃO DE UM PLANEJAMENTO COMPOSTO CENTRAL PARA A OBTENÇÃO DAS MELHORES CONDIÇÕES DE TEMPERATURA, pH E CONCENTRAÇÃO DE GLICOSE PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL

UTILIZANDO A LEVEDURA Pachysolen tannophilus.

A. F. KLAFKE, A. V. MORCELLI, M. A. Z. AYUB

Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de Engenharia Química E-mail para contato: [e-mail] 

RESUMO – Neste trabalho foram estudadas a dinâmica de crescimento e a produção de etanol a partir de glicose pela levedura Pachysolen tannophilus

ATCC-32691. A velocidade de crescimento celular máxima (μmáx) foi calculada através da curva de crescimento e equivale a 0,34 h-1. Cultivos foram realizados em diferentes condições de temperatura, pH e concentração de glicose com o objetivo de se obter a melhor condição para a conversão da glicose a etanol através de um planejamento composto central. Obteve-se um modelo quadrático para a conversão de glicose a etanol, o qual foi validado por experimento em triplicata nas condições ótimas obtidas de 33,6 °C, pH igual a 4,37 e concentração de glicose igual a 42,3 g∙L-1, que geraram um YEtanol = 0,47 g∙g-1.

1. INTRODUÇÃO

Bioetanol é considerado o combustível alternativo renovável com o maior potencial para substituir combustíveis fósseis, com uma produção mundial de mais de 100 milhões de m3 em 2012 (Renewable Fuels Association, 2013a), e com um potencial para uma significativa redução de emissões de gases do efeito de estufa (Dias et al., 2013).

A levedura Pachysolen tannophilus pode fermentar alguns açúcares a etanol, sendo a primeira levedura identificada que tem uma capacidade significativa de converter xilose em etanol (Slininger et al., 1982; Schneider et al., 1981).

Neste trabalho foram estudadas a dinâmica de crescimento celular e de formação de metabólitos da levedura P. tannophilus, sendo realizado planejamento composto central a fim de avaliar as condições ótimas de temperatura, pH e concentração de glicose para a

fermentação de glicose a etanol, sob condição de microaerofilia em escala de frasco.

1. MATERIAS E MÉTODOS

1. Manutenção do microrganismo e preparo de inóculo

O microrganismo utilizado nessa pesquisa foi a P. tannophilus ATCC-32691. Estoques dessa levedura são mantidos na Coleção de Culturas Microbiológicas do Bioteclab (UFRGS, Brasil). As culturas foram mantidas em tubos de Eppendorf contendo meio YMA (composto por 3 g·L-1 de extrato de levedura, 3 g·L-1 de extrato de malte, 5 g·L-1 de peptona bacteriológica e 10 g·L-1 de glicose), estocadas a -80°C, com subculturas sendo feitas em placas de Petri. Os pré-inóculos foram preparados retirando alçadas de células das placas de Petri, transferindo-as a frascos de Erlenmeyer de 500 mL com 200 mL de meio YPD, permitindo crescimento em incubadoras de agitação orbital a 200 rpm e 30°C por 12h (overnight). Os inóculos foram preparados a partir da transferência de 5 mL dos pre-inóculos para novos frascos de Erlenmeyer de 500 mL com 200 mL de meio YPD, incubando-os a 200 rpm e 30°C  até que os inóculos atingissem a densidade ótica (DO) alvo de 1,0 lida a λ = 600 nm. Este procedimento foi utilizado como padrão para o inóculo de todos os experimentos.

1. Planejamento de experimentos

Um delineamento composto central (DOE) de três variáveis foi realizado a fim de obter as condições ótimas para conversão de glicose a etanol. As variáveis e seus valores codificados e não-codificados são apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1 – Variáveis testadas e seus níveis no planejamento composto central.

Variáveis	Nome	Variáveis codificadas
-1,68	-1	0	1	1,68
X1	Temperatura (°C)	23,6	27,0	32,0	37,0	40,4
X2	pH	3,63	5,0	7,0	9,0	10,36
X3	Concentração de glicose no meio de cultivo (g/L)	6,36	20,0	40,0	60,0	73,63

A Tabela 2 apresenta os 17 tratamentos obtidos para as três variáveis, cada uma a cinco níveis. O delineamento constituiu-se de oito pontos fatoriais, seis pontos axiais (dois pontos axiais no eixo da variável) e uma triplicata do ponto central. A equação polinomial de segunda-ordem para as variáveis é dada:

        𝑌 = β0 + ∑ β𝑖𝑋𝑖 + ∑ β𝑖𝑗𝑋𝑖𝑋𝑗 + ∑ β𝑖𝑖𝑋2𝑖             (1)

onde Y é a variável de resposta, β0 a constante, βi, βii e βij são os coeficientes para o efeito linear, quadrático e de interação entre variáveis, respectivamente, e Xi e Xj o nível codificado das variáveis xi e xj, respectivamente. A equação quadrática acima foi utilizada para plotar as superfícies de todas as variáveis.

1. Métodos analíticos

As amostras das culturas foram preparadas por centrifugação a 3000·g durante 15 min para sedimentar as células, seguido por filtração utilizando filtros de membrana de acetato de