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Teses de Doutorado Defendidas: 2010

Produção de Celulases por Penicillium funiculosum em Fermentação Submersa de Bagaço de Cana Pré-Tratado e sua aplicação na Produção de Etanol de 2ª Geração.

Autor: Roberto Nobuyuki Maeda
Orientadores: Nei Pereira Jr., Igor Polikarpov

Resumo

O presente estudo objetivou desenvolver um bioprocesso para produção de celulases empregando uma linhagem previamente selecionada de Penicillium funiculosum por fermentação submersa, utilizando bagaço de cana pré-tratado como substrato e avaliar sua utilização em processos de hidrólise enzimática simultânea à fermentação (HESF) para produção de etanol de segunda geração. O trabalho foi estruturado nas seguintes etapas: caracterização do bagaço de cana e da celulignina gerada; otimização do meio de cultura para produção de celulases, por meio de planejamentos experimentais sequenciais; produção de celulases em biorreator instrumentado de bancada, avaliando-se o tipo e tamanho de inóculo.

No que concerne à elaboração de um produto enzimático, avaliou-se diferentes métodos de concentração (rotaevaporador à vácuo e ultrafiltração tangencial em membrana); a estabilidade térmica do produto concentrado; purificação e caracterização por meio de técnicas cromatográficas (troca iônica e eletroforese em condições nativas e desnaturantes) e identificação por LC/MS/MS. Após a etapa de planejamento experimental, a condição da fonte de nitrogênio apontada como ótima para produção de celulases foi de 0,97 g/L de uréia e 0,36 g/L de extrato de levedura. Os valores máximos de atividades enzimáticas alcançados nesta etapa de otimização foram de: FPase, 260 UI/L; CMCase, 7100 UI/L e β-glucosidase, 1500 UI/L.

A produção de celulases em biorreator inoculado com 10% v/v de pré-inóculo foi superior em relação ao inoculado com 5% v/v, com aumento de 88% para atividades FPásica, 84% Avicelásica, 42% CMCásica e 4% de atividade β-glucosidásica. Além do aumento de produção de enzimas, com inóculo de 10% v/v, constatou-se que a produção de celulases ocorreu em menor tempo, que foi reduzido de 72 para 60 h.

O processo de ultrafiltração tangencial em membranas de fibras ocas com corte de 5 kDa foi definido como o ideal e adotado para a obtenção do preparado celulásico LADEBIO/BR. O preparado celulásico exibiu boa estabilidade durante aproximadamente 460 h a 37 e 50°C e sua aplicação no processo SSF de bagaço de cana pré-tratado resultou em uma concentração de etanol de 100 g/L em 144h, sendo a maior encontrada em estudos nesta temática.

As elevadas concentrações de etanol atingidas no presente estudo, além da boa atuação do preparado celulásico sobre celulignina de bagaço de cana sinalizam para a utilização do preparado celulásico LADEBIO/BR na produção de etanol de segunda geração em maior escala.