Produção de etanol em biomassa de capim-elefante por Kluyveromyces marxianus CCT 7735

Abstract

O capim-elefante é uma gramínea de elevada produtividade, que apresenta grande potencial para ser utilizado como biomassa lignocelulósica para a produção de etanol de segunda geração. A levedura Kluyveromyces marxianus vem se destacando na produção de etanol celulósico em processos de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) por ser termotolerante, além de produzir outros metabólitos de interesse industrial. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estabelecer as condições ótimas de produção de etanol por Kluyveromyces marxianus CCT 7735 por meio do processo SSF. O capim- elefante foi pré-tratado com ácido diluído e com solução alcalina e, em seguida, o resíduo celulósico obtido foi submetido a uma pré-sacarificação durante 72 horas, seguido por 120 horas de SSF. Foram avaliados o efeito de cinco variáveis: temperatura, pH, agitação, concentrações de enzimas e de resíduo celulósico de capim-elefante (biomassa) durante 120 horas de SSF. Os resultados mostraram que a levedura termotolerante K. marxianus CCT 7735 produziu etanol nos tratamentos realizados a 45 °C, temperatura próxima à ótima para a atividade das enzimas celulolíticas. A concentração de biomassa, temperatura e concentração do complexo enzimático tiveram efeito significativo (p valor < 0,05) no processo. A maior concentração de etanol, 45,3 g/L foi obtida com base nas condições sugeridas pelo modelo estatístico proposto. Essas condições foram temperatura de 38 °C, 16% (p/v) de resíduo celulósico de capim- elefante, 22,5 FPU do complexo enzimático Celluclast ® 1.5L/g de resíduo celulósico, agitação de 50 rpm e valor de pH de 4,8.

The elephant grass is a grass high productivity that has great potential to be used as lignocellulosic biomass for second generation ethanol. The yeast Kluyveromyces marxianus has been outstanding in the production of cellulosic ethanol in simultaneous saccharification and fermentation process (SSF) to be thermotolerant, as well as producing other metabolites of industrial interest. In this context, the aim of this study was to establish the optimal conditions of ethanol production by Kluyveromyces marxianus CCT 7735 through the SSF process. The elephant grass was pretreated with dilute acid and alkaline solution, then, the obtained cellulosic residue was subjected to a pre-saccharification for 72 hours, followed by 120 hours of SSF. We evaluated the effect of five variables: temperature, pH, agitation, concentrations of enzymes and cellulosic residue of elephant grass (biomass) for 120 hours of SSF. The results showed that the thermotolerant yeast K. marxianus CCT 7735 produced ethanol in the treatments performed at 45 °C, the optimum temperature for the activity of cellulolytic enzymes. The biomass concentration, temperature and concentration of enzyme complex had a significant effect (p-value < 0.05) in the process. The highest concentration of ethanol, 45.3 g/L was obtained based on the conditions suggested by the statistical model proposed. These conditions were temperature 38 °C, 16% (w/v) cellulose residue elephant grass, 22.5 FPU enzyme complex Celluclast ® 1.5L/g cellulose residue, agitation of 50 rpm, and pH of 4.8.