Autor(es):
Portugal-Nunes, Diogo João 
Data: 2012
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/11279
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Biotecnologia ambiental; Biocombustíveis; Bioetanol; Biomassa; Lenhocelulose
Descrição
O objectivo desta dissertação foi a comparação da produção de bioetanol de 2ª geração por Scheffersomyces stipitis (em suspensão e imobilizada) e por duas estirpes industriais de Saccharomyces cerevisiae. Os substratos utilizados para a realização das fermentações foram os Licores de Cozimento ao Sulfito Ácido (SSLs) provenientes de madeira de resinosas (HSSL) e de madeiras de folhosas (SSSL – Domsjö hydrolysate). O HSSL e o SSSL são sub-produtos da indústria de pastas de papel, resultando do processo de cozimento ao sulfito com magnésio e sódio, respetivamente. Além de lenhosulfonatos, estes SSLs contêm monossacarídeos, destacando-se a glucose, xilose e manose. O ácido acético, composto inibidor da fermentação alcoólica por leveduras, também está presente em concentrações relativamente elevadas (≥ 5.0 g . L-1). O HSSL foi pré-tratado físico-quimicamente e submetido a uma remoção biológica de inibidores com P. variotii, enquanto o Domsjö hydrolysate foi utilizado sem qualquer tratamento. S. stipitis e S. cerevisiae são leveduras extensamente estudadas devido à sua capacidade de fermentação de pentoses e hexoses, respetivamente.
Num estágio prévio às fermentações dos SSLs, as leveduras foram pré-adaptadas em 60% HSSL ou 40% SSSL. Os máximos de rendimento (0.440 g etanol . g açúcares-1) e produtividade em etanol (0.885 g etanol . L-1 . h-1) foram obtidos nas fermentações com S. cerevisiae TMB 3500 em SSSL, sendo estas as variáveis com maior potencial para aplicação industrial. Embora a cultura suspensa de S. stipitis tenha resultado numa menor produtividade (0.010 g etanol . L-1 . h-1), a optimização do fornecimento de oxigénio ao biorreator deverá conduzir ao aumento da produtividade volumétrica em etanol.
A imobilização celular e o controlo do pH em 5.5 nas fermentações com S. stipitis melhoraram a eficiência fermentativa ao aumentarem a produção de etanol em 1.3 e 1.6 vezes, respetivamente. Quando aplicadas simultaneamente, estas duas condições aumentaram o rendimento em etanol 2.2 vezes, sugerindo que (i) a imobilização numa matriz de alginato de cálcio protegeu a levedura dos inibidores químicos e que (ii) o controlo de pH em 5.5 foi determinante para a produção de etanol a partir de HSSL biologicamente pré-tratado.
Os resultados comprovam que ambos os SSLs são potenciais substratos para a produção de bioetanol de 2ª geração usando S. stipitis ou S. cerevisiae, sob o conceito de biorefinaria. The aim of this work was the comparison of second-generation bioethanol production by Scheffersomyces stipitis (free-culture and immobilized) and two Saccharomyces cerevisiae industrial strains, using Hardwood Spent Sulphite Liquor (HSSL) or Domsjö hydrolysate (SSSL) as substrate. HSSL and SSSL are side products of pulp and paper industry, from magnesium and sodium-based acidic sulphite pulping, respectively. Besides sulphonated lignin, SSLs contain fermentable sugars, mainly glucose, xylose and mannose. Acetic acid, a known inhibitor of ethanol fermentation by yeasts, is also present in a relatively high content (≥ 5.0 g . L-1). HSSL was previously physico-chemically pretreated and bio-detoxified with P. variotii, whereas SSSL was used without any treatment. S. stipitis and S. cerevisiae are the most widely studied pentose and hexose-fermenting yeasts, respectively.
Before fermentations in SSLs, all yeast strains were pre-adapted by growing them in 60% HSSL or 40% SSSL. The highest maximum ethanol yield (0.440 g ethanol . g sugars-1) and productivity (0.885 g ethanol . L-1 . h-1) were obtained using S. cerevisiae TMB 3500 and SSSL. Suspended S. stipitis achieved a lower ethanol productivity (0.010 g ethanol . L-1 . h-1) but further optimization on the supplied oxygen in the fermentor might lead to higher ethanol productivity. Immobilization and pH control at 5.5 on S. stipitis fermentations improved the fermentation efficiency, increasing up the ethanol production by 1.3-fold and 1.6-fold, respectively. When applied simultaneously, these two conditions increased the ethanol yield 2.2-fold, suggesting that (i) immobilization with a calcium-alginate matrix protected the yeast from the inhibitory compounds and (ii) the controlled pH at 5.5 was essential for ethanol production from bio-detoxified HSSL.
Results showed that both SSLs are potential substrates for the production of 2nd generation bioethanol by S. stipitis or S. cerevisiae, under the biorefinery concept. Mestrado em Biotecnologia - Biotecnologia Industrial e Ambiental
Tipo de Documento
Dissertação de Mestrado
Idioma
Inglês
Orientador(es)
Gorwa-Grauslund, Marie; Xavier, Ana Maria Rebelo Barreto
