Adaptação da levedura Spathaspora arborariae NRRL Y-48658 ao hidrolisado de casca de soja e avaliação da capacidade de produção de etanol

Abstract

Os materiais lignocelulósicos são uma grande fonte de polissacarídeos que podem ser bioconvertidos a produtos de alto valor agregado, como etanol, a partir do emprego de pré-tratamentos e fermentação. O pré-tratamento de hidrólise ácida diluída produz um hidrolisado rico em pentoses e hexoses, mas muitas vezes pode conter subprodutos tóxicos aos microrganismos, que podem inibir o metabolismo e a multiplicação celular. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi promover a adaptação gradativa de Spathaspora arborariae ao hidrolisado de casca de soja (HCS) com o intuito de avaliar o efeito do processo adaptativo na produção de etanol e xilitol. O hidrolisado (concentrado 4 vezes, pH 5,0) foi obtido através de hidrólise ácida diluída. A levedura S. arborariae foi repicada por 10 vezes consecutivas (a cada 48 h) em meio misto contendo inicialmente 25% de HCS, após o décimo repique o teor de hidrolisado no meio foi elevado para 50%, repetindo o processo até se obter o cultivo em meio contendo 90% de hidrolisado. As leveduras resultantes do crescimento do décimo repique de cada concentração foram cultivadas sobre HCS puro por 108 horas a 30ºC e 180 rpm, assim como a cepa não adaptada (controle). As cepas adaptadas apresentaram um aumento na velocidade de produção e produtividade volumétrica de etanol e glicerol, de 0,060 g.L-1.h-1 de etanol e 0,008 g.L-1.h-1 de glicerol pela cepa controle, para 0,085 g.L-1.h-1 de etanol e 0,012 g.L-1.h-1 de glicerol pela cepa adaptada a 90% de hidrolisado. Houve o consumo máximo de glicose em 12 horas e de xilose em 24 horas pelas cepas adaptadas, enquanto que na cepa controle o consumo máximo foi observado apenas em 24 horas para glicose e 72 horas para xilose. Ao fim do cultivo o rendimento da conversão de xilose a xilitol pela cepa adaptada a 50% de hidrolisado foi de Yp/s = 0,42, enquanto que para a cepa adaptada a 25% de hidrolisado obteve rendimento de apenas Yp/s = 0,07. Esses resultados demonstram a esperada melhoria do rendimento da fermentação devido à adaptação progressiva dessa espécie ao HCS.

The lignocellulosic materials are a great source of polysaccharides that can be bioconverted into high value-added products, such as ethanol, from the use of pretreatments and fermentation. Diluted acid hydrolysis pretreatment produces an hydrolyzate rich in pentoses and hexoses, but can often contain toxic byproducts to microorganisms, which can inhibit the metabolism and cell multiplication. In this context, the objective was to promote the gradual adaptation of Spathaspora arborariae to the hydrolyzate of soybean hulls (HSH) in order to evaluate the effect of the adaptive process in the production of ethanol and xylitol. The hydrolyzate (concentrated 4 times, pH 5.0) was obtained through dilute acid hydrolysis. The yeast S. arborariae was serially inoculated by 10 times (every 48 h) in a mixed medium containing initially 25% of HSH, after the 10th inoculation the content of hydrolyzate in the medium was raised to 50%, repeating the process until the obtention of a medium containing 90% of hydrolyzate. The yeast resulting from the growth of the 10th inoculation of each concentration were grown on pure HSH for 108 hours at 30 º C and 180 rpm, so as the unadapted strain (control). The adapted strains showed an increased production rate and volumetric productivity of ethanol and glycerol, from 0.060 g.L-1.h-1 of ethanol and 0.008 g.L-1.h-1 of glycerol by control strain, to 0.085 g.L-1.h-1 of ethanol and 0.012 g.L-1.h-1 of glycerol by the strain adapted to 90% hydrolyzed. There was a maximal consumption of glucose in 12 hours and of xylose in 24 hours by the adapted strains, while in the control strain the maximum consumption was observed in only 24 hours to glucose and 72 hours for xylose. At the end of the growth the efficiency of the xylose to xylitol conversion by the strain adapted to 50% of hydrolyzate was of Yp/s = 0.42, whereas the strain adapted to 25% of hydrolyzate obtained only Yp/s = 0 , 07. These results demonstrated the expected improvement in fermentation efficiency due to the gradual adaptation of this species to HSH.