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Investigação experimental e modelagem do efeito da temperatura sobre a produção de celulases por Myceliophthora thermophila em cultivo sólido
Diana Wendy Ré Estanislau, Natalia Alvarez Rodrigues, Fernanda Perpétua Casciatori

Última alteração: 2021-03-18

Resumo


Desde que o desenvolvimento tecnológico de uma matriz energética limpa e renovável se tornou estratégico para o Brasil, o conceito de biorrefinaria tem emergido como de indústria centrada na produção de biocombustíveis, com destaque ao bioetanol. Particularmente, para síntese de etanol de segunda geração (E2G) por via bioquímica, são necessárias enzimas celulolíticas, que por sua vez podem ser produzidas na própria planta por fermentação em estado sólido (FES), bioprocesso que emprega subprodutos da biorrefinaria como substratos, permitindo certa autossuficiência da unidade. Para tanto, dados sobre o metabolismo de fungos produtores de celulases em FES são necessários para estudos de simulação e de ampliação de escala de biorreatores. Em vista disso, o objetivo do trabalho foi estudar a influência da temperatura sobre as cinéticas de crescimento e produção de celulase por Myceliophthora thermophila I-1D3b em cultivo sólido em bagaço de cana e farelo de trigo (7:3 m/m). Foram realizados cultivos em escala de frascos a diferentes temperaturas e amostras independentes foram retiradas a cada 24 horas por 6 dias. Foram feitas análises de concentração de proteínas, tomada como medida indireta de crescimento, e de atividade de endoglucanase para os extratos obtidos de cada amostra. Os modelos de ordem zero, de primeira ordem e logístico foram ajustados aos dados, de forma a se determinar constantes cinéticas de crescimento e de produção de celulase pelo modelo mais adequado. De posse das velocidades específicas, o efeito da temperatura foi modelado pela equação de Arrhenius. Por fim, analisou-se estatisticamente por testes de comparação de médias o impacto da temperatura sobre as constantes cinéticas e os valores máximos de atividade de celulase e concentração de proteínas. Como resultado, o modelo logístico foi o mais adaptado aos dados cinéticos de ambas as variáveis estudadas. As energias de ativação obtidas para a cinética de produção de endoglucanase e proteínas solúveis foram de (40 ± 2) e (62 ± 29) kJ/mol, respectivamente. A condição térmica do cultivo teve influência significativa sobre a produção de enzima celulolítica, especialmente quanto à capacidade máxima de produção. Verificou-se ainda máxima atividade a 45°C, em torno de 280 U/gss, e a desativação do mecanismo de produção a 55°C. Assim, esse trabalho se mostrou uma contribuição relevante aos estudos de modelagem em biorreatores de FES dada a importância de parâmetros específicos para cada sistema fermentativo.


Palavras-chave


fermentação em estado sólido; enzimas; efeito da temperatura; modelagem cinética; etanol de segunda geração.