Produção de enzimas e avaliação do pré-tratamento ácido de biomassas para produção de bioetanol
Neste estudo investigou-se a capacidade de três espécies de fungos (Aspergillus niger LTB, Aspergillus glaucus LTB e Penicillium expansum LABQ) de produzir celulases e hemicelulases em meio líquido (0,2% extrato de levedura, 0,3% NaNO3, 0,05% KCl, 0,05% MgSO4.7H2O, 0,01% FeSO4.7H2O e 0,1% K2HPO4). Fontes de carbono forrageira, bagaço de cana e farelo de trigo foram testadas para a produção das enzimas. Alíquotas diárias foram retiradas durante 15 dias. Avaliou-se a produção de celulases (FPase, celobiase, endoglicanase e aril-β-glicosidase) e de hemicelulases (α- galactosidase, L-arabinofuranosidase, β-xilosidase e xilanase). Além disso, foi feita a caracterização das enzimas que apresentaram alta atividade. A forrageira foi a fonte de carbono que mais eficientemente induziu a produção de xilanase pelos fungos A. niger LTB, A. glaucus LTB e P. expansum LABQ; FPase e celobiase pelo fungo A. niger LTB; e endoglicanase pelos fungos A. niger LTB e P. expansum LABQ. O fungo A. niger LTB foi o que produziu maiores rendimentos da maioria das enzimas (60,76 U/g de endoglicanase, 48,7 U/g de FPase, 5320 U/g de xilanase e 228 U/g de celobiase). As celulases apresentaram maiores atividades em pHs ácidos e em temperaturas de 50°C e 60°C, sendo que a FPase e a endoglicanase apresentaram o pH ótimo 4,0. A FPase reteve aproximadamente 76% da sua atividade após ser pré-incubada por 5 horas na sua temperatura ótima (50°C) e a endoglicanase apresentou 68% de atividade residual após 24 horas de pré-incubação na sua temperatura ótima (60°C). A aril-β-glicosidase exibiu maior atividade em pH 4,5 e na temperatura de 60°C, apresentando-se pouco termoestável, retendo apenas 15% da sua atividade após ser incubada por 3,5 horas. A celobiase apresentou valores diferentes da aril-β-glicosidase, tendo maior atividade em pH 5,0 e na temperatura de 50°C, além de ser mais termoestável, mantendo 53% da sua atividade inicial após pré-incubação por 14 horas a 50°C. A xilanase apresentou alta atividade na faixa de pH de 4,0-6,0, com atividade máxima em pH 5,5 e a 50°C. Esta enzima foi altamente estável a 50°C, mantendo 68% da sua atividade inicial após 24 horas de pré-incubação. Testou-se também, neste trabalho, várias condições de severidade no pré-tratamento ácido diluído em três biomassas lignocelulósicas (forrageira, bagaço de cana e bambu), a partir da quantificação dos carboidratos na biomassa pré-tratada, dos açúcares redutores e dos inibidores furfural e hidroximetilfurfural (HMF) presentes no hidrolisado hemicelulósico. Primeiramente, as amostras foram caracterizadas com relação ao teor de carboidratos e lignina. O bambu apresentou em torno de 45% de celulose, 20% de hemicelulose e 22,5% de lignina. O bagaço de cana apresentou um teor de aproximadamente 43% de celulose, 24,7% de hemicelulose e 20,2% de lignina. A forrageira apresentou menor teor de lignina e hemicelulose, com valores em torno de 18,8% e 14,5%, respectivamente; Com relação ao teor de glicanas nas amostras pré-tratadas, não houve grande diferença para as biomassas. Além disso, a hidrólise ácida foi mais eficiente para o bagaço e para a forrageira, visto que 82% e 73,3% de hemicelulose foram liberados destas biomassas, respectivamente. Já o bambu perdeu apenas 65,7% da sua hemicelulose inicial. Assim, para o bambu a condição mais indicada para o pré-tratamento ácido diluído seria de 1% de ácido sulfúrico com um tratamento de 60 min; para a forrageira seria 0,5% de ácido sulfúrico durante 90 min; e para o bagaço de cana seria 0,5% de ácido sulfúrico durante 30 min. Além disso, o bagaço de cana foi a biomassa que se mostrou mais promissora para a produção de bioetanol, visto que necessitou de condições mais brandas e, consequentemente, mais baratas.
Enzimas, Pré-tratamento, Biomasssas, Bioetanol, Enzymes, Pretreatment, Biomasses, Bioethanol
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