Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: OTIMIZAÇÃO DO COQUETEL MULTIENZIMÁTICO AMILOLÍTICO DE ISOLADO FÚNGICO (FLQT 20-1) PARA PRODUÇÃO DE ETANOL
AUTORES: Menezes, A.C.P.F. (IFGOIANO) ; Santos, H.C.F. (IFGOIANO) ; Silva Júnior, J.W.B. (IFGOIANO) ; Jesus, A. (IFGOIANO) ; Ozanski, G.D. (IFGOIANO) ; Castro, C.F.S. (IFGOIANO)
RESUMO: Avaliou-se a otimização das variáveis pH e temperatura de caldo
multienzimático amilolítico para sacarificação e fermentação de fécula de
mandioca para a produção de etanol. Através de planejamento central
composto, a atividade amilolítica máxima foi obtida em pH 3,4 e temperatura
de 33,8 °C, R2 = 98,51%, e erro de 0,024. Foi realizada etapa de pré-
sacarificação nestas condições e, após 12 horas, adicionado 1% (m/v) de
levedura S. cerevisiae, a fermentação foi conduzida até completar 72 horas.
O coquetel multienzimático amilolítico apresentou concentração de proteínas
igual a 12,15 mg mL-1, e suas atividades amilolíticas foram iguais a 0,030 +
0,005 U mL-1 volumétrica e 5,1 + 0,9 U g-1 específica. O rendimento total em
etanol foi de 27,5%, necessitando de novas otimizações.
PALAVRAS CHAVES: Álcool Etílico ; Produção; Amilase
INTRODUÇÃO: O uso de combustíveis fósseis gera considerável emissão de poluentes tóxicos
lançados pelos escapamentos de veículos, indústrias petroquímicas,
vazamentos e derramamentos acidentais e pelas usinas termoelétricas na
geração de eletricidade. Os biocombustíveis são uma nova classe de produtos,
obtidos a partir de biomassa renovável e vêm ganhando mercado, substituindo
os combustíveis fósseis, com baixa emissão de gases de efeito estufa e alto
sustentáveis (GAO et al., 2015). Por motivos ambientais e tecnológicos, o
Brasil é apontado como o líder no setor de bioenergia (MASIERO & LOPES,
2008). Há duas áreas de produção de biocombustíveis: a partir dos cultivos
sacarinos (cana de açúcar, beterraba e sorgo doce) e amiláceos (milho,
mandioca e inhame), (ADELEKAN, 2013). As tecnologias de produção de etanol a
partir de matérias-primas amiláceas, como o amido de mandioca (Manihot
esculenta Crantz.) tem sido estudada para a sua inserção no mercado de
álcool doméstico e combustível. Estas novas tecnologias de produção permitem
a diversificação das matérias-primas e incremento da produtividade, com
consequente queda dos preços (MENDONÇA et al., 2009).
O presente trabalho teve por objetivo explorar novos coquetéis
multienzimáticos amilolíticos para produção de etanol através da hidrólise
do amido granular a frio, utilizando fécula de mandioca como matéria-prima.
MATERIAL E MÉTODOS: O experimento foi conduzido no laboratório de Química Tecnológica – QUITEC.
Foi adicionado cerca de 1 g de farinha de mandioca como fonte de amido em
erlenmeyers de 250 mL, acrescidos de 100 mL de meio basal (MANDELS & WEBER,
1969), com pH ajustado em 4,5 e esterilizados em autoclave a 121 ºC, a 1
atm, por 15 minutos. Foi inoculado em cada frasco erlenmeyers 1 disco de
micélio do isolado fúngico FLQT 20-1, com 1 cm de diâmetro e incubado por 7
dias à 28 ºC, sob agitação constante a 150 rpm em shaker horizontal. O
coquetel multienzimático foi separado por filtração e centrifugação. O teor
de proteínas foi estimado por método colorimétrico e as atividades
amilolíticas foram determinadas usando féculas de mandioca como substrato,
conforme protocolo de Ghose (1987). Os valores de pH e temperatura para
atividade amilolítica máxima foram obtidos a partir de um experimento
central composto, utilizando fracos erlenmeyers de 125 mL, contendo cerca de
1 g de fécula de mandioca, 10 U g-1 do caldo multienzimático, com
temperaturas entre 33,8 a 76,2 ºC e valores de pH entre 3,4 a 7,6, ajustados
com tampão citrato. Após 6 horas de incubação, as amostras foram
quantificadas em teores de açucares redutores, pelo método de DNS, conforme
protocolo de Miller (1959).
Uma etapa de pré-sacarificação nas condições de temperatura e pH ótimos foi
realizada por 12 horas em frascos erlenmeyers, contendo cerca de 1 g de
fécula de mandioca, 0,030 U mL de caldo enzimático e 16,7 mL de tampão
citrato de sódio. Em seguida, foram acrescentados 1 % (m/v) de levedura S.
cerevisiae Y904, e conduziu-se a fermentação até completar 72 horas a 32 °C.
Os vinhos obtidos foram filtrados e centrifugados e o rendimento de etanol
foi determinado pelo método do dicromato de potássio ácido (SANTOS et al.,
2010).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O coquetel multienzimático amilolítico obtido de FLQT 20-1 apresentou teor
de proteínas igual a 12,15 mg mL-1, e atividades amilolítica volumétrica de
0,030 + 0,005 U mL-1 e específica 5,1 + 0,9 U g-1. Abd-Elhalem et al,
(2015), encontraram atividades amilolíticas até, no máximo, 1,6 U mL-1, para
fermentação submersa, usando resíduos agroindustriais como substrato
amiláceo, resultados que estão em concordância com os encontrados neste
trabalho.
Nas figuras 1 e 2 (abaixo) apresentam os gráficos de contorno da atividade
amilolítica e pH/Temp., ótimos
do isolado FLQT 20-1 com R2 a 0,9851. A otimização dos parâmetros pH e
temperatura pela metodologia de superfície de resposta indica, máxima
atividade amilolítica, os valores de 3,4 e 33,7 ºC. A Análise de variância
indica que o coquetel enzimático é mais sensível a mudança de pH do que
temperatura (61,72% x 17,91%). Ao mesmo tempo, como a temperatura para
máxima atividade amilolítica encontra-se próxima à temperatura para condução
da etapa de fermentação, isto indica tratar-se de possível candidato a
realização de processo de hidrólise de amido granular a frio. Ao término da
fermentação, a análise do teor de etanol forneceu um valor igual a 2,81 g L-
1, o que indica um rendimento de 27,5%. Silva Júnior et al., (2016), estudou
o isolado N1K obtendo rendimento de 51,6%. Curvelo-Santana et al., (2010),
otimizando a produção de etanol a partir da amilase de Manihot esculenta em
isolado de A. niger, obteve rendimento de 45%, semelhantes aos obtidos por
Ferreira et al., (2006), 39%. O processo de hidrólise do amido granular a
frio consiste no uso de coquetéis multienzimáticos sobre a matéria-prima
amilácea em temperaturas abaixo da sua geleificação, representando assim
economias consideráveis.
Gráfico de Contorno
Gráfico de Contorno (Contour Plot),
Determinação da atividade amilolítica do caldo
enzimático do isolado FLQT 20-1 em função da
temperatura e pH.
Figura 2. pH e Temperatura
pH e Temperatura ótimos para atividade amilolítica
do isolado FLQT 20-1.
CONCLUSÕES: Conclui-se que o isolado FLQT20-1 é capaz de produzir coquetel multienzimático
amilolítico onde apresentou atividade enzimática em 33,7 °C e pH 3,4,
tornando-o indicado a processos de sacarificação e fermentação simultâneos com
o uso da hidrólise do amido granular a frio. O valor de 27,5% (m/m) de
rendimento para a produção de etanol está em concordância com os resultados da
literatura e permite orientar a necessidade de pré-tratamento sobre a matéria-
prima aumentando a eficiência do processo.
AGRADECIMENTOS: Agradecemos ao Instituto Federal Goiano pela bolsa PIBIC/IF Goiano para o
primeiro autor e ao Laboratório de Química Tecnológica QUITEC.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ADELEKAN, B. Investigation of etanol productivity of cassava crop as a sustainable source of biofuel in tropical coutries. African J. Bio., v. 9, n. 35, 2013.
CUVELO-SANTANA, J. C.; EHRHARDT, D. D.; TAMBOURGI, E. B. Otimização da produção de álcool de mandioca. Rev. Ciên. Tec. Ali., v. 30, n. 3, p. 613-617, 2010.
GAO, J.; YUAN, W.; KONG, L.; XIAND, R.; ZHONG, S. Efficient ethanol production from inulin by two-stage aerate strategy. Biomass and Bioenergy, v. 80, p. 10-16, 2015.
MANDELS, M. e WEBER, J. The production of celulases, p. 391-414, 1969.
MASIERO, G.; LOPES, H. Etanol e biodiesel como recursos energéticos alternativos: perspectivas da América Latina e da Ásia. Rev. Bras. Pol. Inter., v. 51, n. 2, p. 60-69, 2008.
MENDONÇA, J. C. M.; ANDRADE, L. A de.; RIBEIRO, E. J.; CARDOSO, V. L. Contribuição ao estudo da fermentação alcoólica em altas concentrações iniciais de sacarose. VIII Congr. Bras. Enge. Quími. Ini. Ciên., p. 1-5, MG, 2009.
MILLER, G. L. Use of Dinitrosalicylic Acid Reagente for Determination of Reducing sugar. Anal. Chem., v. 31, n. 31, p. 426-428, 1959.
SILVA JÚNIOR, J. W. B.; CASTRO, C. F. S.; AGUIAR NETO FILHO, M.; SANTOS, H. C. F.; SOUCHIE, E. L.; DYSZY, F. H. Otimização da atividade amilolítica do fungo FLQT 6-1. V Congr. Est. Ini. Ciên. Tecno. IF Goiano – Iporá, p. 1-2, 2016.