10º Encontro Nacional de Tecnologia Química
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.