PELOS COMPOSTOS TÓXICOS PRESENTES NO HIDROLISADO ÁCIDO DE CASCA DE SOJA

INIBIÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIOETANOL POR Zymomonas mobilis PELOS COMPOSTOS TÓXICOS PRESENTES NO HIDROLISADO ÁCIDO DE CASCA DE SOJA

Natália Righetti Rocha Trinca1, Crispin Humberto Garcia Cruz1

 

1Universidade Estadual Paulista, Departamento de Engenharia e Tecnologia de Alimentos

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RESUMO - Neste trabalho foi estudada a produção de etanol pela bactéria Zymomonas mobilis em meio de cultura utilizando como substrato o hidrolisado ácido da casca de soja com e sem o processo de desintoxicação. A maior produção de etanol foi obtida no meio hidrolisado com desintoxicação e 10 % (m/v) de concentração do substrato durante 20 horas de fermentação, resultando numa produção de 30,6 g/L de etanol. No meio de cultura com o hidrolisado sem desintoxicação, o qual continha compostos considerados tóxicos para alguns micro-organismos, houve redução na produção de etanol. Os resultados obtidos mostraram que os compostos tóxicos presentes no hidrolisado inibiram parcialmente a bactéria.

INTRODUÇÃO

        O uso exacerbado de combustíveis de origem fóssil fez aumentar a emissão de CO2 na atmosfera, acarretando em mudança do clima global. Entretanto esta energia é finita, ocasionando uma busca de alternativas de energias renováveis como energia eólica, geotérmica, de hidrogênio e de biomassa (BAYRAKCI; KOÇAR, 2014).

A produção de etanol é uma alternativa de combustível renovável considerado menos poluente ao meio ambiente quando comparado à gasolina e ao diesel. O bioetanol de segunda geração tem um apelo maior em relação às questões ambientais, uma vez que é produzido a partir de resíduos industriais, agrícolas e florestais. Além disto, este bioetanol não compete com a produção de alimentos necessários ao ser humano (OFORI-BOATENG; LEE, 2014).

A obtenção de bioetanol de segunda geração é possível, uma vez que os resíduos utilizados são compostos em grande parte por celulose, hemicelulose e lignina, que quando rompidos, os dois primeiros liberam açúcares fermentescíveis, principalmente a glicose e a xilose. Uma forma de liberar estes açúcares é utilizar a hidrólise ácida que, junto com a aplicação de calor, promove a liberação de pentoses e hexoses. Além desses açúcares, esta hidrólise libera compostos que são considerados tóxicos para alguns micro-organismos, reduzindo ou inibindo sua ação fermentativa. Estes compostos podem ser furfural, hidroximetilfurfural (HMF) e compostos fenólicos, os quais são oriundos da degradação de pentoses, hexoses e lignina, respectivamente (BAMUFLEH; ALHAMED; DAOUS, 2013). Outros compostos que podem ser tóxicos aos micro-organismos são ácido acético, presente na hemicelulose; ácido levulínico, oriundo da degradação do HMF e o ácido fórmico provindo da degradação tanto do furfural quando do HMF (PALMVIST; HAHN-HÄGERDAL, 2000).

        Uma forma de minimizar a ocorrência destes compostos no hidrolisado é o emprego de carvão ativo em pó ou carvão ativo em pó aliado à alteração de pH (supercalagem). Entretanto, além de aumentar mais uma etapa no processo de produção do bioetanol de segunda geração, pode-se reduzir a quantidade de açúcares presentes no hidrolisado. (HUANG et al, 2011).

Zymomonas mobilis é uma bactéria Gram negativa, anaeróbia facultativa, de grande interesse biotecnológico, uma vez que produz vários bioprodutos como etanol, levana, sorbitol, ácido glucônico e fruto-oligossacarídeos (SILBIR et al, 2014). Utiliza como fonte de energia glicose, frutose ou sacarose e produz etanol em pH de 4,5 até 7 e temperatura de 30 a 36ºC (ERNANDES; GARCIA-CRUZ, 2009).

OBJETIVO

Produzir bioetanol de segunda geração por Zymomonas mobilis, utilizando-se hidrolisado ácido da casca de soja com e sem desintoxicação e verificar se houve inibição pelos compostos tóxicos presentes no meio contendo os hidrolisados com e sem desintoxicação.

MATERIAL E MÉTODOS

Hidrólise da Casca de Soja

A casca de soja foi triturada e tratada com de ácido sulfúrico 1,5 % (v/v) a 121 ºC 1 kgf/cm2 por 15 minutos de permanência em autoclave. Após, o conteúdo foi resfriado até temperatura ambiente e ajustou-se o pH para 6 com NaOH 50 % (m/m) para neutralizar a hidrólise ácida. Centrifugou-se todo o conteúdo a 3600 rpm por 20 minutos e filtrou-se em papel de filtro Whatman nº 1. O conteúdo líquido (hidrolisado) foi concentrado em banho-maria a 70 ºC até atingir a concentração de açúcares desejada. Após, parte do hidrolisado foi desintoxicado com carvão ativo de acordo com Mussatto e Roberto (2004).

Meio de Fermentação

O meio utilizado na fermentação foi composto por (g/L): MgSO4, 1; (NH4)2SO4, 1; KH2PO4, 1; Extrato de levedura, 5, adicionado dos hidrolisados contendo 50 e 100 g/L de açúcares.

Fermentação

Inoculou-se 0,17 g da bactéria Z. mobilis em cada meio fermentativo com e sem desintoxicação. Incubou-se a 30ºC, sem agitação e pH inicial 6. Foram retiradas alíquotas a cada duas horas, no tempo inicial de 8 horas e tempo final de 24 horas.

Método analítico

O etanol foi quantificado pelo método de dicromato de potássio, proposto por Kaye e Haag (1954).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

        A produção de bioetanol pela bactéria Z. mobilis nos meios de cultivo contendo hidrolisado com desintoxicação e com hidrolisado sem desintoxicação, ambos com 5 e 10 % (m/v) de concentração de substrato pode ser observada na figura 3 Pode-se observar nesta figura que a maior produção de etanol foi no meio com desintoxicação e 10 % (m/v) de substrato no tempo de 20 horas (30,6 g/L), o qual ao decorrer de todo o tempo de fermentação continuou com a maior produção.

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