Produção de bioetanol a partir de licor de cozimento ao sulfito ácido

Abstract

O Licor de Cozimento ao Sulfito Ácido (HSSL) utilizado neste trabalho é um subproduto da indústria papeleira originado a partir do processo de cozimento da madeira de Eucalyptus globulus com ácido bissulfito. Este contém dissolvido lenhosulfonatos e produtos resultantes da hidrólise das hemiceluloses dos quais 40-45gL-1 são monossacarídeos, e em maioria xilose. A fracção de açúcares presente, pode ser usada como substrato na produção de vários compostos, nomeadamente etanol. O objectivo deste estudo é desenvolver um processo biotecnológico de produção de bioetanol a partir deste licor usando uma levedura fermentadora de pentoses, a Pichia stipitis, tendo como finalidade a produção de um biocombustível em alternativa às fontes fósseis. A primeira parte do trabalho foi o estudo do metabolismo da Pichia stipitis na presença de diferentes concentrações de licor e em diferentes reactores: Erlenmeyer e Biorreactor com controlo de pH. No entanto, os rendimentos e produtividades de etanol foram reduzidos devido à presença de compostos inibidores como o ácido acético (cerca de 8gL-1), o hidroximetilfurfural e os lenhosulfonatos. A segunda parte envolveu a remoção desses mesmos inibidores por diferentes métodos incluindo a desacidificação biológica com diferentes leveduras, das quais a Saccharomyces cerevisiae apresentou melhores resultados removendo todo o ácido acético em menos de 30h. A evaporação para redução de compostos voláteis e separação da fracção de açúcares usando resinas de troca iónica foram os outros dois métodos. Os melhores resultados foram obtidos usando este último com rendimento de etanol de 0,48g etanol/g açúcar consumido. Ainda na optimização do meio fermentativo foi testada uma enzima comercial para aumento dos açúcares disponíveis à fermentação, o que resultou num aumento de 30% de xilose e a glucose quase quadriplicou.

ABSTRACT: Hardwood Spent Sulfite Liquor (HSSL) is a waste by-product of pulp mills formed during wood delignification with bisulfite solution. HSSL contains dissolved lignosulfonates and hemicellulose hydrolysis products, which comprises 40-45 gL-1 sugars, mainly xylose. The sugar fraction can be used as a substrate for the production of diverse products including ethanol. The objective of this study is to propose a biotechnological approach to produce bioethanol, alternative to fossil fuels, from this liquor using a xylose fermenting yeast: Pichia stipitis. The first part of this work was to study Pichia stiptis metabolism in the presence of different HSSL concentrations and in different reactors: Erlenmeyer and Biorreactor with pH control. However, ethanol yield and productivities obtained were reduced due to presence of inhibiting compounds like acetic acid (about 8gL-1), hydroxymethylfurfural and lignosulfonates. The second part involved different detoxification methods including biological methods with different deacidificant yeasts, evaporation to reduce volatile compounds and sugar fraction separation using ion-change resins. The best results were obtained with this separation device, where the ethanol yield was maximum (0,48g ethanol/g sugar consumed). The best deacidification was reached with Saccharomyces cerevisiae allowing the total acetic acid removal during 30h. In addition to media optimization trials some enzymatic hydrolysis were also carried out and resulted in 30% xylose increase and about four times of glucose.