Assessment of tolerance to inhibitors derived from plant biomass hydrolysis and xylose consumption by yeasts isolated from the environment

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Zaiter, Mohammed Anas
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Biomassa lignocelulósica; Bioetanol; Ácidos orgânicos; Fermentação; Leveduras; Pentose; Xilose; Bioethanol; Fermentation; Lignocellulosic biomass; Organic acids; Yeasts; Xylose
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/217143

A tendência por esgotamento das reservas de petróleo e os problemas ambientais decorrentes do uso de combustíveis de origem fóssil têm evidenciado a necessidade por fontes alternativas de energia sustentáveis e baratas. Isso impulsionou o uso de etanol como combustível líquido, especialmente em países como EUA e Brasil. Contudo, para suprir esta crescente demanda por combustíveis, no Brasil extensas áreas de terras são ocupadas por cana-de-açúcar, e têm competido com outras culturas vegetais, especialmente para suprimento da cadeia de alimentos. Como alternativa, nos últimos anos têm se intensificado estudos para produção de etanol a partir da biomassa vegetal residual, como bagaço de cana-de-açúcar e outros subprodutos da agroindústria, uma vez que este material é subaproveitado e rico em hexoses (C6) e pentoses (C5). Para que a hidrólise enzimática da biomassa vegetal resulte em açúcares fermentescíveis, são necessárias etapas de pré-tratamento deste material, os quais tendem a gerar compostos inibidores de crescimento microbiano. Desta forma, leveduras resistentes a estes inibidores e capazes de co-fermentar açúcares C5 e C6 são amplamente investigadas. Diferentemente da levedura Saccharomyces cerevisae, algumas espécies não-Saccharomyces têm se mostrado capazes de assimilar pentoses, mas ainda são muito pouco exploradas, frente a diversidade de espécies na natureza. Investigar leveduras fermentadoras de xilose, assim como suas tolerâncias a inibidores do crescimento microbiano, pode suportar futuros estudos de engenharia metabólica para capacitação da linhagem industrial S. cerevisiae. Portanto, este trabalho propôs-se a avaliar a capacidade das leveduras Pichia ofunaensis e Trichosporon multisporum para assimilar xilose, e suas tolerâncias a alguns compostos inibitórios, bem como suas capacidades para produção de etanol a partir de xilose. As leveduras foram cultivadas em meio YEPX, pH 4,5 contendo, separadamente, os inibidores hidroximetilfurfural (HMF), furfural, ácido ferúlico, ácido acético, ácido fórmico e vanilina, cultivadas a 28 ºC e 150 rpm por 96 h. A levedura P. ofunaensis apresentou crescimento em todas as concentrações destes inibidores e foi capaz de consumir completamente a xilose presente nos meios de cultivo, exceto em 20 mM de furfural, onde houve consumo de 40% da xilose, e entre 80 a 90% em maiores concentrações de ácido ferúlico (3 mM), ácido fórmico (40 mM) e vanilina (10 mM). Em presença de ácido acético 80 mM, a levedura não cresceu, e nas concentrações de 60 mM e 40 mM consumiu 20% e 90% da xilose presente nos meios, respectivamente. A levedura T. multisporum, em presença de furfural, exibiu crescimento até 15 mM e consumiu 30% da xilose. Em meio com ácido ferúlico, HMF e ácido fórmico, houve crescimento em todas as concentrações e consumo de até 40% (ácido ferúlico e HMF) e 30% (ácido fórmico) da xilose. Com vanilina, observamos crescimento até 5 mM deste inibidor e máximo consumo de 30% da xilose, e em meio contendo ácido acético a levedura não apresentou crescimento a 20 mM, exibindo consumo de até 40% de xilose em concentrações inferiores. A levedura P. ofunaensis se mostrou mais tolerante aos compostos considerados potencialmente tóxicos, exibindo melhor crescimento e consumo de xilose em comparação a levedura T. multisporum. Furfural e ácido acético se mostraram os compostos mais prejudiciais ao crescimento das leveduras. Por fim, na fermentação alcoólica, detectamos a produção de etanol apenas no cultivo da levedura P. ofunaensis, com máxima produção de 0,51 g/L após 96 h de cultivo em meio salino contendo 50 g/L de xilose.