Isolamento e caracterização nutricional de bactérias anaeróbias termófilas para obtenção de hidrogênio e etanol a partir da vinhaça de cana-de-açúcar

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Silva, Vanessa Cristina da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: hexoses; pentoses; thermoanaerobacterium calidifontis
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-10052024-102801/

A obtenção de biocombustíveis a partir de resíduos agroindustriais vem sendo um desafio para o novo cenário de biorefinaria. Um dos principais entraves refere-se em utilizar microrganismos capazes de degradar diferentes compostos orgânicos, como pentoses e hexoses. Duas cepas de bactérias anaeróbias e termófilas foram isoladas de consórcio enriquecido de lodo de reator UASB termófilo usado no tratamento de vinhaça de cana de açúcar. Bactéria produtora de etanol e hidrogênio a partir de xilose, Thermoanaerobacterium calidifontis VCS1 (99% de similaridade), e bactéria produtora de hidrogênio, Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum VCS6 (100% similaridade). Para a cultura VCS1, nas condições de isolamento com 13,3 mmol/L de xilose, pH 7 e 55°C, em meio de cultivo AMM modificado, obteve-se tempo de geração (Tg) e velocidade específica de crescimento ()9,12 horas e 0,076 h-1, respectivamente, e rendimentos de 0,79 mol H2/mol xilose e 0,59 mol etanol/ mol de xilose. Para a cultura VCS6, obteve-se Tg de 6,1 horas e 0,011 h-1, e rendimento de 2,69 mol- H2/mol-xilose a partir de 13,3 mmol/L da pentose, meio T.ethanolicus, pH 6,8 a 55°C. A principal rota de produção de hidrogênio para VCS6 foi a via acética-butírica, entretanto na ausência de glicose, a cultura pode metabolizar ácido acético e ácido lático em hidrogênio e ácido butírico. As condições ótimas de cultivo para a cultura T calidifontis VCS 1 foi avaliada a partir da análise de delineamento por composto central rotacional, sendo analisadas as variáveis: concentração de xilose (3,6 a 69,5 mmol/L) e pH (5,9 a 8,1). Obteve-se pH ótimo entre 6,8 e 7,4 e 20,0 mmol/L de xilose a 55°C. As variáveis pH e concentração de xilose interferiram significativamente no metabolismo da cultura VCS1, sendo que a produção de hidrogênio foi favorecida em pH 6,2, e a produção de etanol em pH mais alcalino, entre 7,8 e 8,13. Além disso, para 60,0 mmol/L de xilose, a remoção não foi maior que 70%, indicando assim, possível inibição por substrato. Foram realizados ensaios de fermentação em vinhaça de cana-de-açúcar, na condição de cultura pura e bioaumentação da vinhaça com VCS1 e VCS6. Não se observou significativa produção de metabólitos a partir da vinhaça por VCS1 em condição de cultura pura, provavelmente, as condições nutricionais da vinhaça bruta foram desfavoráveis para o metabolismo dessa bactéria, e alta concentração de matéria orgânica e carboidratos foram inibitórios para a cultura. Para VCS6, obteve-se resultados de produção de metabólitos, tanto para a condição de cultura pura, quanto na condição de bioaumentação. Observou-se crescimento de VCS6 em elevado teor de matéria orgânica (31,9 g/L de DQO) em vinhaça de cana-de-açúcar. O rendimento em hidrogênio foi considerado significativo em relação ao obtido por consórcios microbianos em reatores com vinhaça, de 1,22 mmol-Hz/g- DQO em cultura pura e 1,03 mmol-Hr/g-DQí) em condição de bioaumentação. Concluiu-se que as culturas VCS 1 e VCS6 crescem e consomem eficientemente pentoses e hexoses, com produção hidrogênio e etanol, podendo assim, contribuir para produção de biocombustíveis a partir de vinhaça de cana