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Adaptação de linhagens de leveduras fermentadoras de pentoses em hidrolisado de torta de girassol para produção de bioetanol
(UFVJM, 2022) Pontes, Rafaela Paula Carvalho; Pantoja, Lílian de Araújo; Santos, Alexandre Soares dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pantoja, Lílian de Araújo; Silva, José Izaquiel Santos da; Santos, Ricardo Salviano dos; Silva, Silvana de Queiroz
A produção de bioetanol lignocelulósico é um processo capaz de agregar valor a resíduos agroindustriais. A torta de girassol, proveniente da extração do óleo das sementes do girassol também pode se beneficiar deste processo. No entanto, esta biomassa precisa ser submetida a uma hidrólise para liberação dos açúcares fermentescíveis, podendo gerar inibidores (furanos, compostos fenólicos e ácidos alifáticos) capazes de interferir negativamente no processo da fermentação alcoólica, diminuindo o rendimento do processo. Neste contexto, este estudo teve por objetivo adaptar as linhagens de leveduras não convencionais Candida akabanensis UFVJM-R131 e Candida orthopsilosis UFVJM-4G, capazes de fermentar açúcares C5 e C6, à condição do hidrolisado da torta de girassol obtido por hidrólise com H2SO4 diluído. As linhagens foram submetidas à identificação morfológica para fins de autenticação. A torta de girassol foi preparada em laboratório por extração do óleo das sementes com solvente e caracterizada quimicamente. Os principais componentes do hidrolisado ácido da torta de girassol foram determinados cromatograficamente. O processo de adaptação evolutiva das linhagens estudadas foi realizado através de fermentações sucessivas em meios contendo diferentes concentrações da fração solúvel do hidrolisado (25%-100% v/v), seguido de isolamento das leveduras. Os processos fermentativos com as leveduras adaptadas foram conduzidos em meio contendo 100% de hidrolisado e monitorados quanto à viabilidade celular, crescimento microbiano, consumo dos açúcares, teor de etanol, produtividade volumétrica, rendimento de etanol e eficiência fermentativa. Os ensaios morfológicos macro e microscópicos permitiram constatar a pureza das culturas estudadas. O hidrolisado mostrou a presença de compostos tóxicos como 5-hidroximetilfurfural (0,30±0,02 g L-¹), furfural (0,01±0,01 g L-¹) e ácido acético (3,81±0,21 g L-¹). A levedura Candida akabanensis UFVJM-R131 demonstrou ser resiliente no ambiente do hidrolisado, não havendo alteração significativa do comportamento fermentativo pós adaptação, e apresentou YP/S de 0,43±0,10 g g-¹ e QP de 0,35±0,01. A levedura Candida orthopsilosis UFVJM-4G adaptada em 50% de hidrolisado demonstrou melhora na produtividade volumétrica que foi de 0,32±0,04 para 0,42±0,01 g L-¹ h-¹ e melhora no rendimento de etanol, onde o valor passou de 0,34±0,03 para 0,50±0,02 g g-¹.
Obtenção de produtos de alto valor agregado por rota biotecnológica utilizando fungos filamentosos
(UFVJM, 2019) Barata, Suedali Villas Bôas Coelho; Vanzela, Ana Paula de Figueiredo Conte; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Vanzéla, Ana Paula de Figueiredo Conte; Cardoso, Valéria Macedo; Santos, Ricardo Salviano dos; Lopes, Emerson Delano; Arrudas, Sônia Ribeiro
Buscando uma solução para a problemática do descarte de glicerol, um coproduto do biodiesel na natureza, diversas pesquisas estão sendo realizadas, a fim de viabilizar seu uso como matéria-prima alternativa para a obtenção de produtos industriais. O uso de glicerol como fonte de carbono para os fungos filamentosos é de grande interesse para a obtenção de produtos de alto valor agregado como os ácidos orgânicos e enzimas. Dessa forma, para estimular a produção de ácidos orgânicos e L-asparaginase no Brasil, desenvolvendo processos produtivos biotecnológicos viáveis, uma das premissas é estabelecer a produção a partir de substratos alternativos. Os ácidos orgânicos são substâncias que servem como acidulantes e contribuem com a cor, aroma e gosto de bebidas e outros alimentos, bem como são utilizados em alguns medicamentos. Já a L-asparaginase é uma enzima que catalisa a reação de degradação da L-asparagina em L-aspartato e amônia. É uma enzima utilizada na indústria alimentícia para evitar a formação de acrilamida nos alimentos. Na indústria farmacêutica é aplicada como agente terapêutico para o tratamento de leucemia linfoblástica aguda. O objetivo desse trabalho foi verificar o potencial das linhagens Aspergillus tubingensis AN1257 e Aspergillus niger 10v10 para a conversão de glicerol a ácidos orgânicos e de Fusarium sp. T22.2 para a conversão de glicerol a L-asparaginase. A secreção de ácidos pelas linhagens acima citadas foi avaliada em meio sólido, variando-se a fonte de carbono (glicerol ou sacarose) e o pH. Aspergillus tubingensis AN1257 apresentou boa acidogênese em pH 4, em meio suplementado com sacarose ou glicerol. O cultivo de AN1257 foi conduzido também em bioprocessos submersos, sendo a secreção de ácidos evidenciados pela diminuição progressiva do pH, conforme determinado por titulometria. A análise dos filtrados por cromatografia líquida de alta eficiência mostrou que AN1257 produziu 13,6 g. L- 1 de ácido málico nos processos submersos suplementados com sacarose. A produção desse ácido orgânico por rota biotecnológica abre perspectiva para o desenvolvimento de processos mais viáveis economicamente do que a produção atual, baseada na obtenção a partir do petróleo. Outros ácidos de elevado valor agregado também foram produzidos em menor quantidade. Fusarium sp. T22.2 produziu elevada atividade de L-asparaginase em meio líquido suplementado com glicerol e em pH 6. Os resultados obtidos confirmam o valor das linhagens estudadas para o desenvolvimento de processos biotecnológicos com a finalidade de obter substâncias de alto valor agregado a partir da bioconversão de glicerol e sacarose.
Produção de enzimas celulolíticas e xilanolíticas por fungos filamentosos utilizando resíduos da cadeia do biodiesel como fonte de carbono
(UFVJM, 2012) Santos, Ricardo Salviano dos; Santos, Alexandre Soares dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Santos, Alexandre Soares dos; Vanzela, Ana Paula de Figueiredo Conte; Guimarães, Valéria Monteze
A pesquisa básica e aplicada voltada para o conhecimento e produção de celulases e xilanases microbianas constituem-se em valorosa ação para o desenvolvimento de produtos e processos biotecnológicos. Estas enzimas têm sido utilizadas na indústria de alimentos, cervejarias, vinícolas, produção de ração, indústria têxtil e fabricação de papel. A demanda por tais catalisadores tem crescido rapidamente, encorajada principalmente pela indústria de biocombustíveis, em especial para a produção de etanol de 2ª Geração. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi produzir enzimas celulolíticas e xilanolíticas com o uso de fungos filamentosos de ocorrência natural, utilizando resíduos sólidos da cadeia produtiva do biodiesel como fontes de carbono. Três linhagens de fungos filamentosos isoladas de amostras ambientais foram avaliadas para produção de celulases e xilanases. Como parâmetro de comparação, utilizou-se o Trichoderma reesei CCT2768, linhagem conhecida como produtora de celulases. Dentre as linhagens avaliadas, um isolado denominado Aspergillus sp AN1257 foi o que se destacou para a produção de enzimas celulolíticas e xilanolíticas, superando inclusive a produção de celulases por T. reesei nas mesmas condições fermentativas. A fonte de carbono que melhor induziu a produção das enzimas investigadas pelo Aspergillus sp AN1257 foi a torta de caroço de algodão. Em busca da condição ótima para a produção das enzimas estudadas foi realizado um planejamento fatorial e posteriormente aplicado um delineamento composto central rotacional (DCCR). Após a aplicação das condições ótimas para a produção enzimática desejada, o extrato obtido apresentou valores de 3,12 U/mL para atividade endoglucanásica e 76,4 U/mL para a atividade xilanásica. O extrato enzimático produzido apresentou atividade promissora quando utilizado na hidrólise de lignocelulose em alguns resíduos agroindustriais.
Produção de hidrolases holocelulolíticas por fermentação em estado sólido com uso de fungos filamentosos e coprodutos da agroindústria de óleos vegetais como fontes de carbono
(UFVJM, 2015) Santos, Ricardo Salviano dos; Santos, Alexandre Soares dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Reis, Angélica Pataro; Cardoso, Valéria Macedo; Siqueira, Félix Gonçalves de; Pereira JR, Nei; Santos, Alexandre Soares dos
A demanda por enzimas holocelulotíticas tem aumentado nos últimos anos, impulsionada, principalmente, pelo mercado recém estabelecido de etanol de 2ª geração. Diante disso, o objetivo central desta tese foi avaliar o potencial de fungos filamentosos selecionados e de resíduos agroindustriais derivados de oleaginosas, usados aqui como fontes de carbono, para a produção de enzimas celulolíticas e xilanolíticas por fermentação em estado sólido (FES) conduzida em batelada simples. O desenvolvimento deste projeto envolveu as seguintes etapas: caracterização centesimal dos resíduos agroindustriais; avaliação do potencial indutor de cada resíduo agroindustrial sobre a produção enzimática de holocelulases por cada uma das linhagens fúngicas pesquisadas; otimização da produção das hidrolases de interesse com o uso da linhagem fúngica e do resíduo agroindustrial que se destacaram; caracterização do extrato enzimático obtido na condição otimizada; e avaliação da aplicação do extrato enzimático obtido na condição otimizada na sacarificação de biomassas lignocelulósicas. Cinco linhagens de fungos filamentosos, Aspergillus niger INCQS:40065, Aspergillus tubingensis AN1257, Fusarium oxysporum INCQS:40144, Penicillium oxalicum INCQS:40103 e Trichoderma reesei CCT2768, e seis resíduos agroindustriais, tortas de caroço de algodão, dendê, girassol, macaúba, mamona e pinhão manso, usados como fontes de carbono, foram avaliados para a produção das enzimas de interesse. Dentre as linhagens testadas, Aspergillus tubingensis AN1257 foi a que se destacou para a produção de enzimas celulolíticas e xilanolíticas, especialmente quando combinado com a torta de caroço de algodão. A otimização de processo conduzida com A. tubingensis e a torta de caroço de algodão para a produção das atividades de CMCase, FPase, β-glucosidase e xilanase apontou a razão sólido:líquido (S/L) de 35%, a fonte de nitrogênio de 1,30 g de (NH4)2SO4 /100g torta, e o tamanho do inóculo de 1,00 x 107 conídios/g de torta, como determinantes para a condição fermentativa otimizada. Nesta condição fermentativa otimizada foram obtidos valores de atividade aproximados de 20 U/g para CMCase, 50U/g para FPase, 300 U/g para β-glucosidase e 1300 U/g para xilanase, após 8 dias de fermentação. Os efeitos combinados da temperatura e do pH sobre as atividades das enzimas holocelulolíticas produzidas por A. tubingensis AN1257 denotam uma boa aplicabilidade destas enzimas sob temperaturas entre 40 e 60°C, e pH em torno de 4,0 a 5,0. O extrato enzimático produzido por A. tubingensis AN1257 na condição fermentativa otimizada mostrou-se eficiente na sacarificação das próprias tortas vegetais usadas inicialmente como fontes de carbono, sobretudo quando aplicado em processo de sacarificação e fermentação simultânea da torta de girassol pré-tratada. Este processo resultou na produção de 16 g de etanol por 100g de torta de caroço de algodão e um mosto fermentado com a concentração de 20g/L de etanol. O conjunto dos resultados obtidos nesta tese aponta como promissor o uso de alguns resíduos agroindustriais e fungos filamentosos selecionados para a produção de enzimas holocelulolíticas com potencial aplicação para a produção de bioetanol de 2ª geração. Palavras
Produção de β-glicosidase por Aspergillus tubingensis AN1257 com uso de palha de milho como substrato
(UFVJM, 2019) Santos, Ricardo Salviano dos; Campos, Stéfany Souza; Macedo, Alice Lopes; Vieira, Cimara da Silva; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri