PRODUÇÃO DE GLICOSE E BIOETANOL A PARTIR DE Chlorella sp

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Tecnológica

Autores

Gomes, N.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Prazeres, G.M.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Almeida, M.A.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Silva, F.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Maciel, A.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO) ; Mendonça, C.J.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO)

Resumo

O presente trabalho desenvolveu o estudo sobre os processos de hidrólise enzimática e ácida para a produção de glicose e a fermentação do hidrolisado para a produção bioetanol, a partir da microalga do gênero Chlorella sp. Utilizou-se a técnica da cromatografia líquida de alta eficiência acoplada ao detector de índice de refração (HPLC/RID-10A) para quantificar a glicose e o etanol por meio da curva analítica utilizando padronização externa de cada composto com os padrões da glicose e do etanol. Os resultados obtidos mostraram que a maior produção de glicose e bioetanol foram provenientes da hidrólise ácida, enquanto que na via enzimática a produção destes analitos foram em menor quantidade.

Palavras chaves

Microalga; Bioetanol; Chorella sp.

Introdução

O aumento da população mundial e a busca por novos produtos levaram ao uso desenfreado dos recursos naturais em processos produtivos que geram preocupações ambientais (BARCELLOS e col., 2009). Para minimizar os problemas de poluição têm sido desenvolvidos biocombustíveis que podem substituir os combustíveis fósseis na geração de energia. Bioetanol e biodiesel são biocombustíveis já bem estabelecidos no mercado. Várias matérias-primas podem ser utilizadas para produzir biocombustíveis e uma das mais promissoras são as microalgas (VARFOLOMEEV e WASSERMAN, 2011; WORLD ECONOMIC FORUM, 2013). A literatura relata a produção de biodiesel a partir de microalgas (BRENNAN e OWENDE, 2010) e, considerando a quantidade de carboidratos presente em microalgas, essa matéria-prima alternativa pode ser utilizada para a produção de bioetanol. O objetivo deste trabalho é estudar a produção de glicose e bioetanol a partir da biomassa da microalga Chlorella sp. utilizando processos de hidrólise seguida de fermentação alcoólica.

Material e métodos

1- Hidrólise da biomassa. Para a hidrólise enzimática 10 g de Chlorella sp seca foram misturadas com 100 ml de água destilada e levadas ao ultrassom durante 1 hora. O pH foi corrigido para a faixa de 6 a 7 e mistura foi aquecida em banho-maria até atingir a temperatura de 90°C. Adicionou-se a enzima alfa-amilase e deixou-se reagir por sessenta minutos. Em seguida, o pH foi ajustado para a faixa de 4 a 5 e a temperatura para 60°C, e então foi adicionada a enzima amiloglicosidase. Após 60 minutos, a mistura foi resfriada e centrifugada. O sobrenadante foi fermentado. Para a hidrólise ácida, 5,0 g de Chlorella sp seca foram misturadas com 50 mL de solução de ácido sulfúrico 1,5% (v/v). A mistura foi levada para o ultrassom para que ocorra a ruptura da parede celular da microalga paralelamente com a hidrólise da biomassa. Após 60 minutos de sonicação, a mistura foi centrifugada e o sobrenadante foi utilizado para fermentação. 2- Fermentação – para fermentação adicionou-se fermento biológico comercial (Saccharomyces cerevisiae) durante uma hora, a temperatura constante de 40º C. Em seguida a mistura reacional foi destilada para extração do etanol. 3- Quantificação de glicose e do etanol – o teor de glicose (obtida pela hidrólise enzimática ou por hidrólise ácida) e o teor de etanol produzido foram determinados por cromatografia líquida de alta eficiência. Resumidamente, foi realizada a padronização externa de ambos os analitos injetando padrões e as amostras em um cromatógrafo líquido de alta eficiência com detector do tipo índice de refração (HPLC/RID-10A). O fluxograma do procedimento experimental realizado está apresentado na Figura 1.

Resultado e discussão

Análises por cromatografia líquida de alta eficiência foram utilizadas para quantificar e identificar os produtos da hidrólise bem como os produtos da fermentação do hidrolisado de biomassa de Chlorella sp. A glicose e obioetanol produzidos nesses processos de hidrólise e fermentação foram confirmados por meio da comparação do tempo de retenção de cada analito com seus respectivos padrões. Para quantificação foram construídas curvas analíticas utilizando soluções padrões de concentração conhecida. Este resultado já era esperado visto que 10 – 12% do peso seco da microalga é constituído por carboidratos e a glicose é o monossacarídeo que mais disseminado nos organismos vivos. No procedimento experimental utilizado, a hidrólise ácida produziu um teor de glicose de 0,51 g/L enquanto que a hidrólise enzimática apresentou um teor de 0,48 g/L (Figura 2b). A fermentação da glicose obtida nos dois processos de hidrólise produziu etanol cujo teor depende do tipo de processo de hidrólise ((Figura 2c). A fermentação da glicose obtida por hidrólise ácida produziu um destilado etanólico com uma concentração de 24,16 g/L enquanto que a glicose produzida por hidrólise enzimática apresentou um teor de etanol de 19,00 g/L (Figura 2d). Esses resultados para produção de glicose e de bioetanol são satisfatórios. As microalgas, de um modo geral, já são utilizadas para a produção de biodiesel para a substituição de combustíveis fósseis. Nesse contexto, o etanol produzido a partir de Chlorella sp é um possível candidato para a produção de biocombustível em grande escala.

Fluxograma do procedimento experimental utilizado


Cromatogramas dos produtos de hidrólise (a) e dos produtos de fermentação; (c) curvas de calibração de glicose (b) e de etanol (d).

Conclusões

Os resultados obtidos mostram que a biomassa de Chorella sp. é uma matéria - prima que pode ser hidrolisada para produzir glicose que pode ser fermentada para produzir bioetanol. De acordo com as análises cromatográficas, observou- se que a hidrólise ácida da biomassa de Chorella sp é mais eficiente que a hidrólise enzimática visto que apresentou maior concentração de glicose e, consequentemente, maior concentração de bioetanol. Dessa forma a biomassa de Chorella sp é uma materia-prima com grande potencial para a produção de etanol.

Agradecimentos

Ao Núcleo de Combustíveis, Catálise e Ambiental (NCCA) e a Universidade Federal do Maranhão (UFMA).

Referências

BARCELLOS, F.C.; OLIVEIRA, J.C.; CARVALHO, P.G.M. Investimento ambiental em indústrias sujas e intensivas em recursos naturais e energia. Revista Iberoamericana de Economia Ecológica, v. 12, p. 33-50, 2009.

BRENNAN, L., OWENDE, P. Biofuels from microalgae - A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 14, p. 557-577, 2010.

MUSSATTO, S. I., DRAGONE, G., GUIMARÃES, P. M. R., SILVA, J. P. A., CARNEIRO, L. M., ROBERTO, I. C., VICENTE, A., DOMINGUES, L., TEIXEIRA, J. A. Technological trends, global market, and challenges of bio-ethanol production. Biotechnology Advances, v. 28, p. 817- 830, 2010.

VARFOLOMEEV, S.D.; WASSERMAN, L.A. Microalgae as Source of Biofuel, Food, Fodder and Medicines. Apllied Biochemistry and Microbiology, v. 47, n.9, p. 789-807, 2011.

WORLD ECONOMIC FORUM (WEF). Energy Vision 2013, Energy transitions: Past and Future, 2013.