Development of the bioprocess of ethanol production from starch residues using amylolytic enzymes produced by Rhizopus oligosporus CCT 3762 - Escaramboni, Bruna [UNESP] (2019)
Esta tese propõe algumas rotas biotecnológicas considerando os desafios envolvidos na produção e aplicação de enzimas fúngicas e glicose, bem como novas perspectivas para a produção de etanol utilizando matérias-primas alternativas. Inicialmente, a análise dos dados por mínimos quadrados parciais (PLS) demonstrou a correlação positiva entre a produção de amilase por Rhizopus oligosporus e a suplementação do meio de fermentação em estado sólido (FES) com nitrogênio orgânico. O extrato amilolítico apresentou desempenho competitivo e maior produtividade na hidrólise do amido do que uma glucoamilase comercial. A amilase produzida foi aplicada (15 U/g) no bagaço de mandioca (BM) para obtenção do hidrolisado de bagaço de mandioca (HBM) resultado de 42% de conversão do BM em açúcares redutores com uma hidrólise em etapa única de 10 h à 55°C. O HBM concentrado foi utilizado para fermentação alcoólica em batelada alimentada, produzindo 89,2% de rendimento. Além disso, comparando-se apenas o custo das matérias-primas, o HBM demonstrou ser mais econômico para a fermentação alcoólica do que a cana-de-açúcar. Em sequência, foi aplicado um planejamento fatorial em três níveis para otimizar a proporção enzimática de 0-30 U/g na hidrólise. Na condição otimizada 61,67% de BM foi convertido em glicose. Uma mistura sinérgica adequada reduziu 2 vezes a proporção de amilases (15 U/g) e 3 vezes para celulases (5 FPU/g), convertendo 51,79% do BM. Modificações na superfície do BM causadas pela ação enzimática foram evidenciadas por microscopia eletrônica de varredura. A hidrólise de 15% BM em biorreator produziu elevado teor de glicose (90,87 g/L; YP/S = 0,50 g/g). Além disso, o HBM foi aplicado para produzir 35,25 g/L de etanol (eficiência de 78,3%). Com isso, o bioprocesso proposto produziria 254,1 L de etanol por tonelada de BM seco em 48 h, incluindo hidrólise e fermentação alcoólica. Finalmente, um tratamento biológico de resíduos alimentares via FES foi proposto para a produção de amilases e proteases por R. oligosporus. A maior produção ocorreu com: 50% de resíduo alimentar (RA), 10% de bagaço de cana (BC) e 40% de farelo de trigo (FT), suplementado com solução salina, para amilases, e acrescido de 20% (v/m) de água de maceração de milho, para produção de proteases. A suplementação com água de maceração de milho foi adequada como alternativa à solução de sais e o reciclo de biomassa e fibras não hidrolisadas foi capaz de aumentar o rendimento de amilase e protease. O extrato enzimático foi efetivo para hidrolisar o RA, alcançando 36,44% de conversão e um hidrolisado com 47,10 g/L de açúcares redutores.