Avaliação da capacidade de bioconversão de hexoses e pentoses em bioetanol por Spathaspora arborariae

Abstract

Cada vez mais a busca por fontes de energia renováveis tem se intensificado. Isto não somente pela preocupação ambiental, mas também devido aos combustíveis fósseis serem limitados. Desta forma, o etanol de segunda geração (bioetanol) tem chamado a atenção por ser uma fonte de energia pouco poluente e que pode ser obtida a partir de resíduos agroindustriais. Resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de arroz, são fontes abundantes e de baixo custo para produção biotecnológica de compostos de alto valor agregado. Esse processo biotecnológico tem o objetivo de promover o aproveitamento completo das frações celulósica (contém hexoses) e hemicelulósica (rica em pentoses) dos resíduos lignocelulósicos, para a obtenção de commodities. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de conversão de hexoses e pentoses pela levedura Spathaspora arborariae, descrita recentemente como boa conversora de pentoses a etanol. Cultivos sobre meio semissintético e hidrolisado de casca de arroz, a 180 rpm e 28oC, foram realizados em agitador orbital utilizando frascos Erlemmeyers, utilizando leveduras fermentadoras de hexoses e pentoses, como Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Pichia stipitis e Spathaspora arborariae, respectivamente, em cultivos isolados e em co-cultivo. As cepas testadas isoladamente apresentaram valores de produtividade de etanol (YP/S) entre 0,35 e 0,46 g g-1, enquanto que o rendimento dos co-cultivos variou de 0,30 e 0,77 g g-1 de etanol, sobre ambos os susbstratos. Também foram realizados ensaios em frascos agitados em aerobiose (180 rpm) e anaerobiose (100 rpm) a 28oC utilizando como meio de cultura com diferentes açúcares individualmente (glicose, xilose ou arabinose). O cultivo realizado em anaerobiose, utilizando glicose como substrato foi o que apresentou maior índices de conversão de etanol (Y P/S) 0,26 g g-1. Cultivos foram conduzidos em biorreatores submersos utilizando S. arborariae sobre meio semissintético, contendo glicose e xilose, em condições anaeróbicas (150 rpm), aeróbicas (400 rpm e 2 vvm; 150 rpm e 0,5 vvm) e microaerofilia (180 rpm e 0,33 vvm). O maior rendimento de etanol foi obtido no cultivo anaeróbico com Y P/S=0,52 g g-1.

It is increasing the search for renewable energy sources due to environmental concerns and the possibility of fossil fuels shortage in the near future. Thus, the second generation ethanol (bioethanol) has drawn attention for being a renewable energy source and can be obtained from organic residues. Lignocellulosic agroindustrial residues such as rice hulls are abundant resources and have a low cost for the biotechnological production of compounds of high added value. This biotechnological process aims to promote the full exploitation of the cellulose fractions (containing hexoses) and hemicellulose (rich in pentoses) of lignocellulosic wastes to obtain commodities such as ethanol. This study aimed at studying the capability of the yeast Spathaspora arborariae, recently discovered, of converting hexoses and pentoses into ethanol. Cultures on semi synthetic medium and hydrolyzed rice hull at 180 rpm and 28oC, were performed in shaker, using fermenting yeast hesoxes and pentoses such as Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Pichia stipitis and Spathaspora arborariae, either isolated or in co-cultivations. The strains tested alone showed values of ethanol yields (YP/S) between 0.35 and 0.46 g g-1, while the yield of co-cultures varied from 0.30 to 0.77 g g-1 ethanol on both substrates. Experiments were also carried out in shake flasks under aerobic conditions (180 rpm) and anaerobic (100 rpm) at 280C using culture medium with different sugars individually (glucose, xylose, or arabinose). The yeasts cultivated in anaerobic conditions using glucose as substrate showed the highest ethanol yields (YP/S) 0.26 g g-1. Cultures were conducted in submerged bioreactors using S. arborariae on semi-synthetic medium containing glucose and xylose under anaerobic conditions (150 rpm), aerobic (400 rpm and 2 vvm, 150 rpm and 0.5 vvm) and micro-aerobiosis (180 rpm and 0.33 vvm). The highest ethanol yield was obtained in anaerobic cultivation with YP/S = 0.52 g g-1.