APLICAÇÃO BIOTECNOLÓGICA DE MICRORGANISMOS
Objetivo
Produção do biocombustível ETANOL (1)
(1) Microbiologia industrial, Rodrigo dos Santos https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595153752/epubcfi/6/2%5B%3Bvnd.vst.idref%3Dcover%5D!/4/4/2%5Bcover01%5D/2%5Bvst-image-button-191886%5D%400.00:0.0460
Através de processos fermentativos, onde açúcares são transformados por agentes microbianos diversos, especialmente fungos e bactérias. Principalmente, leveduras do gênero Saccharomyces.
Leveduras
Fatores de influênciam na produção:
Para produção do biocombustível, a biotecnologia se vale da capacidade que as leveduras possuem de desviar sua via metabólica de acordo com a presença ou não de oxigênio. Então, em condições de aerobiose a levedura segue sua via metabólica comum, que produz sua energia e não resulta no etanol, mas em condições de anaerobiose a rota metabólica é desviada (em prol da sua sobrevivência) e ocorre a fermentação alcoólica. Então, têm-se o etanol como resido (tóxico para a célula inclusive, por isso ela excreta, o que se torna uma vantagem para o meio de produção, pois facilita o processo de purificação, já que o etanol fica no meio externo das células). Isso e feito em escala indrustrial nas usinas de açúcar e álcool.
Outras vantagens que justificam o uso das levedura são: o alto rendimento, para cada grama de glicose, teoricamente obtém-se 0,511 gramas de etanol.
A fermentação de glicose ocorre sob condições de elevadas concentrações de substrato e em anaerobiose, com um pequeno rendimento de biomassa formada por glicose consumida e elevadas conversões de substrato em etanol (Pereira Jr. et al., 2008).
Maior tolerância ao etanol (já sabemos que e tóxico) se comparadoda a outros microorganismos
Não realiza heterofermentações, que poderiam produzir outras moléculas, reduzindo o rendimento em etanol, e aumentando os custo de produção, já que seriam necessários mais processos para separar o etanol das outras moléculas.
As leveduras apresentam menor necessidade nutricional comparadas a muitas espécies bacterianas.
Sistema de cultivo
O principal sistema de cultivo é batelada alimentada Etanol de 1 geração
ph: para o etano o ideal que seja de 4 a 5, 5 para cima ocorre decréscimos, no pH de 5 a 6 ocorre a formação de buritrato , 4 ocorre maior formação de acido acético.(Lin et al., 2012).
Densidade celular, substrato e subprodutos: Elevadas concentrações de substrato possui efeito inibitório sobre as células de Saccharomyces mesmo algumas possuindo mais resistencia (Tuite e Oliver, 1991). concentrações altas de etanol podem causar morte celular, redução na produção e crescimento celular. Pode ser contornado aumentando a densidade celular fazendo também com que leve uma redução no tempo de fermentação (Riesenberg e Guthke, 1999).
Temperatura: Temperaturas eficientes ocorrem entre 28 a 35°C (Barcelos, 2012; Roehr, 2001).
Concentração de oxigênio dissolvido: A baixa aeração pode acabar por reduzir a produção (Alfenore et al., 2004).
Os microrganismos são selecionados e inoculados, ainda em etapa de laboratório, é feito o escalonamento desse cultivo para uma etapa de maior volume (preparo do inoculo), há também o preparo do substrato que será adicionado a essas condições de cultivo, para que haja o crescimento exponencial das leveduras
O substrato é adicionado ao fermentador, previamente inoculado, de forma contínua, sem que ocorra a retirada de material fermentado durante a operação.
O meio contendo o substrato é alimentado em condições controladas até atingir o volume útil máximo do fermentador, permitindo o controle da concentração de substrato e minimizando os seus conhecidos efeitos de inibição sobre o metabolismo da levedura.
Após o enchimento do fermentador, aguarda-se o esgotamento do substrato, quando se encaminha o meio fermentado (vinho) para a separação de células, sendo o meio isento de células, contendo o etanol em sua máxima concentração, enviado à seção de destilação, para a obtenção do etanol hidratado.