Coquetéis enzimáticos de fungos para hidrólise de casca de soja e produção de etanol

Abstract

O etanol de segunda geração (2G) é um combustível alternativo que ajuda a acelerar a transição dos combustíveis fósseis para fontes de energia mais sustentáveis, de baixo impacto e economicamente viáveis. Sua produção consiste em quatro hidrólise enzimática, etapas principais: pré-tratamento, fermentação e destilação. Muitos resíduos agrícolas podem ser processados para serem convertidos em etanol 2G. Mais de 300 milhões de toneladas de soja são produzidas em todo o mundo, gerando milhões de toneladas de casca de soja. Este trabalho teve como objetivo produzir enzimas lignocelulósicas on-site, utilizando bagaço de cana-de- açúcar, casca de soja e farelo de trigo para o cultivo de Aspergillus sydowii, Chrysoporthe cubensis, Hypoxylon sp., Kretzschmaria zonata e Talaromyces pinophilus por fermentação semissólida. Os coquetéis enzimáticos de fungos foram aplicados para hidrolisar casca de soja após os pré-tratamentos hidrotérmico, ácido (H2SO4 0,5 %) e alcalino (NaOH 1,0 %), com foco na liberação de açúcares fermentescíveis para produção de etanol. Após análises de composição química e hidrólise enzimática com o coquetel comercial Cellic® CTec3 HS (Novozymes), o pré-tratamento ácido teve maior impacto na liberação de glicose e xilose, com 13,7 e 7,10 g/L, respectivamente. O perfil enzimático dos 5 fungos cultivados nas diferentes biomassas foi avaliado e destacaram se os extratos de A. sydowii, C. cubensis e T. pinophilus cultivados em casca de soja, bem como de C. cubensis cultivado em farelo de trigo. Quando a etapa de hidrólise enzimática foi realizada em casca de soja pré-tratada com ácido, os extratos de casca de soja C. cubensis e T. pinophilus demonstraram os melhores resultados, convertendo 9,55 e 13,21 % da celulose em glicose. Porém, quando combinados, nas mesmas condições e carga enzimática (2,5 unidades FPase), a taxa de conversão de celulose em glicose aumentou para 36,35 %, mostrando grande potencial como extratos nativos com baixo uso de enzimas. Além disso, ensaios de fermentação foram conduzidos na casca de soja pré-tratada com ácido, hidrolisada pela mistura dos extratos de C. cubensis e T. pinophilus crescidos em casca de soja, e Saccharomyces cerevisiae Innova® Force ADY foi capaz de se adaptar ao meio complexo e gerar 2,03 g/L de etanol, que representa 66,34 % de conversão da glicose em etanol. Palavras-chave: Fungos. Enzimas. Etanol de segunda geração. Casca de soja. Biorrefinarias.Second-generation (2G) ethanol is an alternative fuel that helps to accelerate the transition from fossil fuels to more sustainable, low-impact and economically reliable sources of energy. Its production consists of four main steps: pretreatment, enzymatic hydrolysis, fermentation and distillation. Many agricultural wastes can be processed to be converted into 2G ethanol. More than 300 million tons of soybean is produced throughout the world leaving millions of tons of soy husk. This work aimed to produce on-site lignocellulosic enzymes, using sugarcane bagasse, soy husk, and wheat bran to grow Aspergillus sydowii, Chrysoporthe cubensis, Hypoxylon sp., Kretzschmaria zonata, and Talaromyces pinophilus by semi-solid fermentation. The fungi enzymatic cocktails were applied to hydrolyze hydrothermal, acid (H2SO4 0.5 %) and alkaline (NaOH 1.0 %) pretreated soy husk focusing on fermentable sugars release for ethanol production. After chemical composition analyzes and enzymatic hydrolysis with the commercial cocktail Cellic® CTec3 HS (Novozymes), acid pretreatment had the biggest impact on glucose and xylose release, with 13.7 and 7.10 g/L, respectively. The enzymatic profile of the 5 fungi grown in the different biomasses was evaluated and the extracts of A. sydowii, C. cubensis and T. pinophilus cultivated in soy husk, as well as C. cubensis cultivated in wheat bran outstood. When the enzymatic hydrolysis step was performed on acid-pretreated soy husk, C. cubensis and T. pinophilus soy husk extracts demonstrated the best results, converting 9.55 and 13.21 % of cellulose to glucose conversion. However, when combined, in the same conditions and enzyme load (2.5 Fpase units), the cellulose to glucose conversion rate increased to 36.35 %, showing great potential as native extracts with low enzyme usage. Furthermore, fermentation assays were conducted on the acid-pretreated soy husk hydrolyzed with the blended C. cubensis and T. pinophilus soy husk extracts, and Saccharomyces cerevisiae Innova® Force ADY was able to adapt to the complex media and generate 2.03 g/L of ethanol, which represents 66.34 % of glucose to ethanol conversion. Keywords: Fungi. Enzymes. Second-generation ethanol. Soy husk. Biorefineries.