Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass for second generation ethanol production

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Maitan-alfenas, Gabriela Piccolo
• Orientador(a): Guimarães, Valéria Monteze
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Área do conhecimento CNPq: Biotecnologia
• Link de acesso: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/6684

A produção de etanol de segunda geração apresenta grande potencial para ser uma realidade sustentável, especialmente no Brasil que prossui grandes quantidades de bagaço de cana-de-açúcar. Os maiores obstáculos deste processo são os pré- tratamentos e a hidrólise da biomassa, principalmente esta última etapa visto que as enzimas ainda apresentam custos muito elevados. Assim, esforços têm se concentrado em tornar o processo mais econômico com a descoberta de enzimas mais efetivas. Novas fontes de enzimas são continuamente encontradas e várias estratégias de prospecção e produção enzimática têm sido estudadas. Uma estratégia bastante utilizada na busca por novas enzimas e/ou enzimas mais eficientes é a análise de genômica comparativa de diferentes micro-organismos que permite a seleção de vários candidatos de interesse num curto período de tempo. Além disso, as enzimas podem ser produzidas por fungos quando estes são crescidos em biomassas que apresentam baixo custo e alta disponibilidade. Este trabalho foi dividido em cinco capítulos sendo que o primeiro consiste de uma revisão atual sobre a produção de etanol de segunda geração focada na etapa de sacarificação enzimática. Várias estratégias de prospecção e produção enzimáticas foram discutidas e detalhadas. No segundo capítulo, a sacarificação de bagaço de cana-de-açúcar após pré-tratamentos ácido e alcalino foi comparada usando o extrato enzimático do fungo fitopatógeno Chrysoporthe cubensis e três coquetéis comerciais. Para o bagaço de cana utilizado neste estudo, o pré-tratamento alcalino promoveu os melhores rendimentos de sacarificação sendo o extrato do fungo C. Cubensis o responsável pela maior liberação de glicose e xilose quando comparado às misturas enzimáticas comerciais. Além disso, o extrato de C. cubensis produziu maiores valores de atividade específica comparados aos dos coquetéis comerciais. No terceiro capítulo, o potencial genômico de fungos candidatos foi avaliado e as enzimas mais interessantes para a hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar foram expressas em Aspergillus vadensis. Nove enzimas de três fungos diferentes, Aspergillus terreus, Nectria haematoccoca e Phaeosphaeria nodorum, foram viiclonadas e expressas por sistema heterólogo e representam uma nova possiblidade para a melhor degradação do bagaço de cana. Dentre estas enzimas, quatro - xilosidases foram bioquimicamente caracterizadas e apresentaram atividade máxima em valores de pH 4,5-5,0 e em temperaturas 55-60°C. No quarto capítulo, duas xilanases de Aspergillus nidulans previamente clonadas em Pichia pastoris, aqui denominadas Xyn1818 e Xyn3613, foram expressas, purificadas e caracterizadas. Xyn1818 apresentou ótima atividade em pH 7.5 e à 60°C enquanto Xyn3613 alcançou máxima atividade em pH 6.0 e à 50°C. Xyn1818 apresentou-se bastante termoestável à 50°C mantendo 50% de sua atividade original após 49 horas de incubação nesta temperatura. Xyn1818 apresentou maior atividade contra arabinoxilana de trigo enquanto o melhor substrato para Xyn3613 foi xilana beechwood. Testes de sacarificação mostraram que os coquetéis comerciais liberaram mais açúcares (glicose e xilose) quando suplementados com as xilanases Xyn1818 e Xyn3613 de A. nidulans. Finalmente, no quinto capítulo, os fungos Aspergillus niger e Trichoderma reesei foram avaliados quanto à produção de enzimas após crescimento em do e bagaço de cana-de-açúcar. Os fungos produziram diferentes tipos de enzimas (hemi)celulolíticas, o que foi refletido pelo forte efeito sinergístico na liberação de açúcares durante a sacarificação dos substratos utilizando o conjunto de enzimas dos dois microorganismos. Foi constatado que a remoção de monossacarídeos do meio de produção de enzimas é muito importante quando combinações de enzimas de T. reesei and A. niger são utilizadas para aprimorar a hidrólise de biomassas.