Utilização do bagaço de malte em bioprocessos : prospecção de potenciais bioprodutos por via biotecnológica

Abstract

A procura pela utilização de resíduos biotecnológicos vem crescendo por causa de preocupação quanto à sustentabilidade de processos industriais e quanto à reutilização de recursos energéticos. A biomassa lignocelulósica é a mais abundante do planeta e pode ser usada como um substrato de baixo custo para produção de diversos bioprodutos, tais como ácido lático, etanol e 2,3-butanodiol (2,3-BD). Com isso, o presente trabalho teve como objetivo analisar a produção desses compostos via processos de bioconversão, utilizando microrganismos distintos. Para isso, foi utilizado o bagaço de malte, resíduo da indústria cervejeira, gerado na etapa de mosturação, composto de celulose, hemicelulose e lignina, além de proteínas e extrativos, que podem servir como fonte de carbono e nutrientes em bioprocessos. Neste estudo, um tratamento ácido diluído foi realizado no bagaço de malte, a fim de liberar os açúcares presentes, servindo como potencial fonte de carbono para os microrganismos estudados. O primeiro experimento de screening serviu para selecionar potenciais produtores dos bioprodutos de interesse, destacando-se nesta etapa, Lactobacillus maltaromicus e Lactobacillus plantarum, os quais obtiveram maior consumo de açúcares presentes no meio e maior produção de ácido lático. Os experimentos foram realizados em agitador orbital na condição de microaerofilia a 30°C e 150 rpm. Com L. maltaromicus, foi possível obter um rendimento de ácido lático (YPS) igual a 1,09 g.g-1 e uma produtividade (QP) de 0,01 g.(L.h)-1. Já, ao estudar a L. plantarum, foi possível obter um rendimento e produtividade maior para o ácido lático iguais a 1,79 g.g-1 e 0,06 g.(L.h)-1, respectivamente. A L. plantarum demonstrou ser bastante eficiente consumindo mais de 70% da glicose presente no meio e a L. maltaromicus consumiu aproximadamente 10% da glicose presente. Além disso, é possível concluir que tanto a Pantoea aglommerans e a Klebsiella pnemoniae são microrganismos capazes de produzir 2,3-butanodiol e, também, de consumir toda glicose e arabinose, além de mais da metade de xilose, presentes no hidrolisado de malte diluído. Nota-se também que a obtenção de bioprodutos no hidrolisado de malte diluído foi maior que no hidrolisado de malte concentrado devido ao fato da pressão osmótica no meio concentrado ter inibido o crescimento microbiano, dificultando a conversão de bioprodutos.

The demand for the use of biotechnological waste has been growing because of concern about the sustainability of industrial processes and about the reuse of energy resources. Lignocellulosic biomass is the most abundant on the planet and can be used as a low-cost substrate for the production of various bioproducts, such as lactic acid, ethanol and 2,3-butanediol (2,3-BD). Thus, the present work aimed to analyze the production of these compounds via bioconversion processes, using different microorganisms. For this, brewer’s spent grain was used, a residue from the brewing industry, generated in the mashing stage, composed of cellulose, hemicellulose and lignin, in addition to proteins and extractives, which can serve as a source of carbon and nutrients in bioprocesses. In this study, a dilute acid treatment was carried out on brewer’s spent grain, in order to release the sugars present, serving as a potential carbon source for the microorganisms studied. The first screening experiment was performed to select potential producers of the bioproducts of interest, highlighting at this stage, Lactobacillus maltaomicus and Lactobacillus plantarum, which obtained higher consumption of sugars present in the medium and higher production of lactic acid. The experiments were carried out in an orbital shaker in the microaerophilic condition at 30°C and 150 rpm with Erlenmeyer flasks sealed with an oxygen permeable cotton swab. L. maltaromicus obtained a lactic acid yield (YPS) equal to 1,09 g.g-1 and a productivity (QP) of 0,01 g.(L.h)-1. On the other hand, when studying L. plantarum, it was possible to obtain a higher yield and productivity for lactic acid equal to 1,79 g.g-1 and 0,06 g.(L.h)-1, respectively. L. plantarum proved to be quite efficient, consuming more than 70% of the glucose present in the medium and L. maltanomicus consumed approximately 10% of the glucose present. The demand for the use of biotechnological waste has been growing because of concern about the sustainability of industrial processes and about the reuse of energy resources. Lignocellulosic biomass is the most abundant on the planet and can be used as a low-cost substrate for the production of various bioproducts, such as lactic acid, ethanol and 2,3-butanediol (2,3-BD). Thus, the present work aimed to analyze the production of these compounds via bioconversion processes, using different microorganisms. For this, brewer’s spent grain was used, a residue from the brewing industry, generated in the mashing stage, composed of cellulose, hemicellulose and lignin, in addition to proteins and extractives, which can serve as a source of carbon and nutrients in bioprocesses. In this study, a dilute acid treatment was carried out on brewer’s spent grain, in order to release the sugars present, serving as a potential carbon source for the microorganisms studied. The first screening experiment was performed to select potential producers of the bioproducts of interest, highlighting at this stage, Lactobacillus maltaomicus and Lactobacillus plantarum, which obtained higher consumption of sugars present in the medium and higher production of lactic acid. The experiments were carried out in an orbital shaker in the microaerophilic condition at 30°C and 150 rpm with Erlenmeyer flasks sealed with an oxygen permeable cotton swab. L. maltaromicus obtained a lactic acid yield (YPS) equal to 1,09 g.g-1 and a productivity (QP) of 0,01 g.(L.h)-1. On the other hand, when studying L. plantarum, it was possible to obtain a higher yield and productivity for lactic acid equal to 1,79 g.g-1 and 0,06 g.(L.h)-1, respectively. L. plantarum proved to be quite efficient, consuming more than 70% of the glucose present in the medium and L. maltanomicus consumed approximately 10% of the glucose present.