Produção de bioetanol: efeito da concentração da fonte de carbono

Abstract

O licor de cozimento ao sulfito ácido de madeira folhosa, o HSSL (Hardwood Spent Sulphite Liquor), é um subproduto da indústria papeleira e uma matéria-prima adequada para a produção de bioetanol de 2ª geração, pois é rico em monossacarídeos, nomeadamente xilose. Contudo também contém compostos, como o ácido acético e diversos fenólicos, que exercem efeitos inibitórios em alguns microrganismos. Deste modo, o objetivo deste trabalho foi o estudo da concentração da fonte de carbono na produção de bioetanol pela levedura Scheffersomyces stipitis. Para se conseguir estudar a influência da composição do substrato na produção do bioetanol, foram inicialmente efetuadas oito fermentações variando as concentrações de xilose e glucose entre 10, 20, 30 e 40 g/L e 0 e 5 g/L respetivamente. A concentração de ácido acético foi mantida nas 4g/L. Nos ensaios com 40 g/L de xilose obteve-se a maior concentração de etanol, 17, 3 g/L, a produtividade máxima de etanol, 0,477 g/L.h e o maior rendimento produto/substrato, 0,390 g/g. A taxa específica de crescimento mais elevada foi obtida num dos ensaios com 30 g/L de xilose, 0,124 h-1. Numa segunda fase do trabalho realizaram-se três fermentações com concentrações fixas de xilose, 30 g/L, e glucose, 5 g/L, variando a concentração de ácido acético entre 6, 8 e 10 g/L. Verificou-se que um aumento da concentração deste composto tem um efeito negativo na taxa específica de crescimento, na produtividade máxima de etanol, no rendimento produto/substrato e na concentração máxima de etanol. Foi também observado a extensão da fase lag com o aumento da concentração do ácido acético. Nestes ensaios obtiveram-se 10,6 g/L de etanol, com uma produtividade máxima de 0,196 g/L.h e um rendimento produto/substrato 0,259 g/g. Por fim executaram-se duas fermentações, uma com 60% HSSL e outra constituída por soluções definidas de modo a igualar as concentrações de xilose (34g/L), glucose (5g/L) e ácido acético (16g/L) no licor. Nestes ensaios foi possível observar uma queda drástica de todos os parâmetros estudados, tendo-se obtido uma concentração máxima de etanol de 5,52 g/L no ensaio em meio definido e 3,21 g/L no ensaio com 60% HSSL.

Hardwood Spent Sulphite Liquor (HSSL) is a by-product from the pulp and paper industry. It is rich in monosacharides being a suitable raw material for the production of 2º generation bioethanol. However it also has compounds which may have an inhibitory effect on some microorganisms. In this way, the aim of this work was to study the concentration of the carbon source for in production of bioethanol using the yeast Scheffersomyces stipitis. In order to study the influence of substrate composition on the production of bioethanol, eight fermentations were initially performed. The xylose and glucose concentrations varied between 10, 20, 30 and 40 g/L, and 0 and 5 g/L, respectively. The acetic acid concentration was maintained at 4 g/L. The assays with 40 g/L of xylose were the ones with the higher fermentation parameters: ethanol concentration of 17,3 g/L, maximum ethanol productivity of 0,477 g/L.h and the ethanol yield of 0,390 g/g. The highest specific growth rate was obtained in a 30 g/L xylose assay, 0,124 h-1. In the second part of this work three fermentation took place with 30g/L of xylose, 5 g/L of glucose, and the acetic acid concentration varied between 6, 8 and 10 g/L. It was found that an increased concentration of this compound has a negative effect in the specific growth rate, in ethanol productivity, ethanol yield and concentration and mostly in the lag phase period. In this assays the highest ethanol concentration was 10,6 g/L, with a maximum ethanol productivity of 0,196 g/L.h and an ethanol yield of 0,259 g/g. Finally, two fermentations were performed. The first one with 60% HSSL and the second one with synthetic solutions in order to even the xylose (34 g/L), glucose (5g/L), and acetic acid (16g/L) concentrations in HSSL. In this assays it was observed a drastic decline in all studied parameters. The maximum ethanol concentration was 5,52 g/L in the synthetic medium assay and 3,32 g/L in the 60% HSSL assay.