Caracterização e utilização do resíduo da indústria cervejeira para produção de 2,3-butanodiol

Abstract

A alta disponibilidade de biomassa lignocelulósica proveniente de produções agrícolas e agroindustriais e a possibilidade de aproveitamento deste substrato em bioprocessos, estão recebendo atenção e indicam grande viabilidade econômica. Um destes resíduos é o mais abundante subproduto do processo de fabricação de uma das bebidas mais consumidas no mundo, a cerveja. O conhecido BSG (Brewer Spent Grain), ou bagaço de malte é formado durante o processo de malteação com um grande potencial para servir como matéria prima para a produção fermentativa de produtos de alto valor agregado. Entre os produtos, destaca-se, o 2,3-butanodiol (2,3-BD), um diálcool de grande interesse para a indústria química, de tintas e combustíveis, sendo passível sua produção por via biotecnológica. Neste trabalho, foram realizadas análises de composição, morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) e cristalinidade por difração de raios X (DRX) para a caracterização do bagaço de malte que passou por dois tipos de tratamento ácido, um com ácido sulfúrico (H2SO4) e outro com ácido fosfórico (H3PO4). Ademais, foi avaliada a capacidade de produção de 2,3-BD a partir da fermentação do bagaço de malte, em agitador orbital, utilizando duas enterobactérias previamente isoladas, Klebsiella pneumoniae BLh-1 e Pantoea aglommerans BL1. A maior produção de 2,3-BD e produtividade foi obtida com o tratamento com H2SO4 (21,71 g ·L-¹, 0,90 g.(L.h) -¹). A fermentação com H3PO4, resultou em produções mais baixas de 2,3-BD comparado ao tratamento com H2SO4, para ambos os microrganismos testados, com valores de produtividade de 0,32 g.(L.h) -¹ para K.pneumoniae BLh-1 e 0,27 g.(L.h) -¹ para P. aglommerans BL1. Esses resultados apontam uma resposta muito promissora quanto aos microrganismos utilizados e à aplicação de hidrolisados de bagaço de malte como substrato para a fermentação. Além disso, a capacidade dessas enterobactérias de fermentarem as pentoses presentes nos hidrolisados é um resultado muito satisfatório, uma vez que esses açúcares estão presentes em grande abundância nas biomassas lignocelulósicas.

The high availability of lignocellulosic biomass from agricultural and agroindustrial productions, along with the potential utilization of this substrate in bioprocesses, is receiving attention and indicating significant economic viability. One of these residues is the most abundant by-product of the manufacturing process of one of the world's most consumed beverages, beer. The well-known BSG (Brewer Spent Grain), or malt bagasse is formed during the malting process and has great potential as a raw material for the fermentative production of high value-added products. Among these products, a notable example is 2,3-butanediol (2,3-BD), a dialcohol of great interest to the chemical, paint and fuel industries, which can be produced by biotechnology. In this study, analyses of composition, morphology by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and crystallinity by X-ray diffraction (XRD) were carried out to characterize malt bagasse that had undergone two types of acid treatment, one with sulphuric acid (H2SO4) and the other with phosphoric acid (H3PO4). In addition, the ability to produce 2,3-BD from the fermentation of malt bagasse, carried out in an orbital shaker, was evaluated using two previously isolated enterobacteria, Klebsiella pneumoniae BLh-1 and Pantoea aglommerans BL1. The highest 2,3-BD production and productivity was obtained with the H2SO4 treatment (21,71 gL -¹ , 0,90 g.(L.h) -¹ . Fermentation with H3PO4 resulted in lower yields of 2,3-BD compared to treatment with H2SO4 for both microorganisms tasted, with productivity values of 0,32 g.(L.h) -¹ for K.pneumoniae BLh-1 and 0,27 g.(L.h) -¹ for P. aglommerans BL1. These results indicate a very promising response in terms of the microorganisms used and the use of malt bagasse hydrolysates as a substrate for fermentation. In addition, the ability to produce 2,3-BD from the fermentation of malt bagasse, carried out in an orbital shaker, was evaluated using two previously isolated enterobacteria, Klebsiella pneumoniae BLh-1 and Pantoea aglommerans BL1. The highest 2,3-BD production and productivity was obtained with the H2SO4 treatment (21,71 g·L -1 , 0,90 g.(L.h) -¹. Fermentation with H3PO4 resulted in lower yields of 2,3-BD compared to treatment with H2SO4 for both microorganisms tasted, with productivity values of 0,32 g.(L.h) -¹ for K.pneumoniae BLh-1 and 0,27 g.(L.h) -¹ for P. aglommerans BL1. These results indicate a very promising response in terms of the microorganisms used and the use of malt bagasse hydrolysates as a substrate for fermentation. In addition, the ability of these enterobacteria to ferment the pentoses present in the hydrolysates is a highly satisfactory outcome, as these sugars are abundantly present in lignocellulosic biomass.