Produção de etanol a partir da palha de arroz por sacarificação e fermentação simultânea empregando um reator agitado não convencional

Resumo

Um dos maiores desafios da sociedade no século 21 é conciliar a crescente demanda de energia para as necessidades industriais e de transportes com a sustentabilidade. O etanol combustível, que pode ser obtido a partir de diferentes matérias-primas por processos biotecnológicos, tem sido considerado uma das possíveis alternativas frente aos derivados de petróleo. Dentre as matérias-primas que podem ser utilizadas para a produção de etanol, destacam-se os materiais lignocelulósicos, especialmente os resíduos agroindustriais. A palha de arroz é um dos mais abundantes resíduos lignocelulósicos da atividade agrícola no mundo, sendo cada quilograma de cereal colhido acompanhado da produção de 1 a 1,5 Kg de palha. Devido ao seu elevado conteúdo de celulose e hemicelulose, que podem ser prontamente hidrolisados em açúcares fermentescíveis, este resíduo constitui uma matéria prima em potencial para a produção de etanol combustível de segunda geração. A hidrólise enzimática da fração celulósica é favorecida quando o produto (glicose) é retirado do meio, diminuindo assim a inibição das celulases. A sacarificação e fermentação simultânea (SSF), em que a glicose liberada na hidrólise pode ser prontamente fermentada a etanol, permite reduzir a inibição enzimática e favorecer a produtividade do processo. Entretanto, devem ser empregados micro-organismos com eficiência fermentativa na mesma faixa de temperatura ótima das celulases (45 a 50 °C), o que limita a utilização de leveduras convencionais, tais como a Saccharomyces cerevisiae, a qual não apresenta características termotolerantes. Dentre deste contexto, e visando contribuir com o desenvolvimento das pesquisas de obtenção de etanol por SSF o presente trabalho se propõe a estudar esta estratégia de processo a partir da palha de arroz submetida a diferentes pré-tratamentos, empregando uma levedura termotolerante previamente selecionada em nossos Laboratórios (Kluyveromyces marxianus NRRL Y-6860). No que se refere aos pré-tratamentos, além dos métodos amplamente estudados na literatura (ácido e alcalino), está sendo proposto o emprego de processos oxidativos avançados (POAs), ainda pouco difundido na literatura. Nas condições otimizadas de pré-tratamento, será utilizado um reator não convencional do tipo moinho de bolas vertical (MBV) na presença de esferas de vidro, de forma a combinar um tratamento físico da biomassa com a etapa de sacarificação e fermentação simultânea. Nesta etapa, será também avaliada a SSF em batelada alimentada visando estudar o processo com maior teor de sólidos. Espera-se com esta configuração de reator o favorecimento da acessibilidade da celulose à hidrólise enzimática, além da melhoria dos parâmetros fermentativos. Em ensaios exploratórios no reator MBV utilizando como substrato a palha de arroz pré-tratada com ácido diluído, os resultados mostraram um aumento de 25 % no rendimento de hidrólise enzimática quando comparado aos resultados obtidos em frascos agitados. Tais resultados indicam que a utilização deste reator poderá contribuir de forma significativa para os avanços nesta área.