Tecnologia integrada para bioprocessamento consolidado da palha de cana-de-açúcar utilizando levedura recombinante

Resumo

O etanol de segunda geração (2G) é produzido a partir de materiais lignocelulósicos, os quais ainda são subutilizados, principalmente sua fração hemicelulósica. Nas últimas décadas, muitos esforços vêm sendo realizados buscando viabilizar a utilização desta fração da biomassa no contexto do conceito de Biorrefinaria, o qual prevê o aproveitamento total e integrado dos materiaislignocelulósicos. Em contrapartida, os elevados custos associados aos coquetéis enzimáticos podemcomprometer a viabilidade econômica do processo industrial para a produção de etanol 2G. Nestesentido, o Bioprocessamento Consolidado (BPC) se destaca como uma tecnologia emergente, que viabiliza a produção de etanol 2G utilizando ambas as frações celulósica e hemicelulósica da biomassa. No BPC, a produção de enzimas, hidrólise da biomassa e fermentação dos açúcares liberados ocorrem simultaneamente em um único reator. Embora a construção de algumas cepas recombinantes paraaplicação em BPC seja relatada na literatura, o foco tem sido na Engenharia Genética, enquanto odesenvolvimento e a otimização da "Engenharia do Bioprocessamento Consolidado" não têm sidoexplorados. Por isso, apesar da disponibilidade de cepas eficientes para o BPC, as fermentações sãolongas e resultam em baixas concentrações de etanol, mostrando a necessidade de desenvolvimento de estratégias de cultivo adequadas para potencializar o desempenho das leveduras recombinantes construídas para o BPC. Neste sentido, o presente projeto se propõe a estudar o BPC aplicado à palha da cana-de-açúcar, um resíduo da indústria sucroenergética, utilizando linhagem recombinante de Saccharomyces cerevisiae de alto desempenho (capaz de secretar sete enzimas hidrolíticas), contribuindo assim para o desenvolvimento de um processo para a produção de etanol 2G com alta produtividade e de fácil escalonamento e aplicação em condições industriais. Inicialmente, a palha da cana será submetida à pré-tratamento hidrotérmico, gerando o hidrolisado de hemicelulose (fração líquida) e a celulignina (fração sólida). Parte da celulignina obtida será ainda submetida a congelamento como pré-tratamento complementar, para avaliação do efeito de modificação na estrutura do material sólido. Experimentos para estudar o desempenho do BPC em diferentes formulações de meios de cultivo, contendo o hidrolisado de hemicelulose misturado às frações sólidas resultantes do pré-tratamento hidrotérmico, combinado ou não com o congelamento, serão conduzidos em mini-reatores, a 35 oC e pH inicial 5,0. A partir dos resultados obtidos nos experimentos em minireatores, será identificada a formulação de meio mais promissora para os estudos de validação em biorreator dotado de módulo para confinamento da fração sólida, o qual será operado em batelada simples e repetida. Os experimentos serão acompanhados pela medida da produção de gás carbônico, pela análise da concentração de açúcares e produtos no sobrenadante (cromatografia líquida de alto desempenho) e pela caracterização dos materiais sólidos gerados antes e após o BPC.