Fermentação alcoólica e extração líquido-líquido simultânea de etanol e de inibidores provenientes de caldo hidrolítico de biomassa lignocelulósica / Ethanol fermentation and simultaneous liquid-liquid extraction and ethanol and inhibitors present in hydrolytic lignocellulosic biomass

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

14/12/2011

RESUMO

Na fermentação de produtos como etanol, utilizando biomassa lignocelulósica como matéria-prima, existem dois fatores principais que limitam a produtividade e eficiência do processo: inibição pelo produto e inibição por substâncias no caldo hidrolítico provenientes da hidrólise. Neste trabalho, é proposta a remoção simultânea de ambos os fatores para eliminar seus efeitos negativos na fermentação alcoólica. Produtos de fermentação prejudicam muitas vezes a integridade da membrana celular do micro-organismo utilizado como fermento. Portanto, a toxidez do produto não permite que a fermentação ocorra de forma ilimitada, uma vez que o produto está presente no meio em certa concentração. O crescimento do micro-organismo, a produtividade e o rendimento são prejudicados pela presença do mesmo. Compostos como furfural, hidroximetil furfural, compostos fenólicos e ácidos, que são produzidos durante o pré-tratamento ou hidrólise da biomassa lignocelulósica, introduzem outros efeitos inibidores, como a extensão da fase lag da levedura, prejudicam o crescimento e a produção. Esta tese propõe empregar um solvente orgânico na dorna do biorreator, com o fim de extrair o produto inibidor e todos os componentes inibidores existentes no substrato, de tal forma que o processo de fermentação não seja prejudicado. Com esse objetivo, primeiramente foi definida a relação entre o tamanho molecular de agentes extrativos, bio-compatibilidade e propriedades extrativas dos mesmos. Em seguida, um solvente foi escolhido, sendo o biodiesel à base de óleo de mamona, através de características como biocompatibilidade, coeficientes de partição, seletividade, alta disponibilidade e reutilização. Foram feitas fermentações em regime batelada em fermentadores de bancada, utilizando o biodiesel como agente extrativo, demonstrando os efeitos positivos no desempenho da fermentação de um licor hidrolítico. Adicionalmente, o comportamento de uma cepa de levedura industrial foi estudado na presença de inibidores e foi construído um modelo matemático que descreve as taxas de conversão dos principais inibidores e as condições em que a levedura, ao invés de manter uma fase lag, inicia a produção de biomassa e etanol. Finalmente, foi elaborado, como exemplo da utilização da tecnologia proposta, um modelo do sistema contínuo de fermentação alcoólica com a extração líquido-líquido, incluindo a recuperação do produto e resfriamento do meio de fermentação pelo próprio solvente orgânico. Por meio desta modelagem e uma série de simulações, foram determinadas as faixas ideais das principais variáveis na produção de etanol pelo sistema bifásico, sendo elas a fração de licor hidrolítico no mosto, concentração de substrato, temperatura de fermentação, e taxa de diluição do solvente. Assim, o trabalho demonstra as vantagens, efeitos positivos e os limites da utilização de extração líquido-líquido na fermentação de substrato da segunda geração. Entre as vantagens se destacam: maior tolerância de caldo hidrolítico no mosto, elevada produtividade, maior rendimento e maior custo-benefício do substrato

ASSUNTO(S)

fermentação lignocelulose Álcool inibidores extração fermentation inhibitors extraction lignocellulose ethanol

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