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Title: Caracterização de leveduras termotolerantes para produção de etanol celulósico.
Authors: Costa, Daniela Arruda
metadata.dc.contributor.advisor: Fietto, Luciano Gomes
Keywords: Fermentação
Leveduras
Álcool como combustível
Biocombustíveis
Issue Date: 2011
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia. Núcleo de Pesquisas em Ciências Biológicas, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: COSTA, D. A. Caracterização de leveduras termotolerantes para produção de etanol celulósico. 2011. 61 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2011.
Abstract: A conversão de material lignocelulósico em açúcares fermentáveis é considerada uma alternativa promissora para aumentar a produção de etanol. Neste contexto tem sido demonstrado que maiores rendimentos em etanol são obtidos por meio do acoplamento das etapas de sacarificação e fermentação, processo chamado sacarificação e fermentação simultâneas (SSF). No entanto, um dos entraves do processo é a temperatura ótima para a realização das duas etapas; uma vez que, a ação ótima das celulases ocorre em torno de 50°C, e nquanto que a maioria dos organismos fermentativos cresce entre 30° e 37°C. Com o objetivo de viabilizar o processo SSF foi isolada e identificada uma linhagem termotolerante de Saccharomyces cerevisiae, denominada LBM-1. A fim de selecionar o microorganismo adequado e as condições ideais para a realização do processo SSF, foram comparadas linhagens de leveduras das espécies S. cerevisiae (LBM-1, CAT-1 e PE- 2) e Kluyveromyces marxianus (UFV-3, ATCC 8554 e CCT 4086), quanto à utilização de fonte de carbono, tolerância a etanol e termotolerância, por meio da análise do perfil de crescimento e dos valores da velocidade específica de crescimento. De posse dos dados de temperatura máxima suportada pelas linhagens testadas, foram realizados ensaios de fermentação para estabelecer a quantidade ideal de inóculo a ser utilizada. Estes ensaios foram realizados utilizando glicose como substrato e em duas temperaturas diferentes, nas quais as leveduras tiveram um bom crescimento. Sabendo-se a concentração ideal de inóculo a ser utilizada procedeu-se à análise comparativa do rendimento fermentativo das linhagens testadas em processo SSF utilizando o bagaço de cana de açúcar como substrato. O seqüenciamento da região D1/D2 do DNA ribossomal confirmou que o isolado LBM-1 é uma linhagem de levedura pertencente à espécie S. cerevisiae. Os experimentos realizados mostraram que as linhagens de S.cerevisiae são mais tolerantes ao etanol, enquanto que as linhagens de K. marxianus são mais termotolerantes. Além disso, as linhagens de S. cerevisiae LBM-1, CAT-1 e PE-2 são termotolerantes e possuem a capacidade de crescer e fermentar a 42°C. Por meio da caracteriza ção fisiológica, foram estabelecidas duas temperaturas para a realização dos ensaios de fermentação, 37° e 42°C, nas quais todas as linhagens apresentaram um bom crescimento. Desta forma, foram feitos experimentos de fermentação em glicose comparando duas densidades óticas iniciais a 600 nm (D.O.(600)), 0,1 e 2, para saber qual seria a D.O.(600) ideal para iniciar a fermentação. Os resultados mostraram que uma D.O.(600) mais alta, correspondente a 2, favorece um aumento no rendimento do processo. Ensaios de fermentação em glicose a 37°C apresentaram valores de rendimentos em etanol próximos ao teórico 0,51. Nos ensaios de SSF com bagaço de cana de açúcar realizados tanto a 37°C, quanto a 42°C, foram obtid os rendimentos muito similares. Entretanto, a 37°C houve uma maior concentração fin al em etanol do que a 42°C. Além disso, os ensaios de SSF juntamente com dados obtidos anteriormente pelo grupo comprovaram que a fermentação deve ser iniciada após 72 horas de préhidrólise, uma vez que neste tempo ocorre inibição das celulases pelo produto. Com isto pode-se concluir que todas as linhagens testadas podem ser utilizadas para viabilizar o processo SSF.
metadata.dc.description.abstracten: The lignocellulosic material conversion, such as sugar cane bagasse, into fermentable sugars has been considered a promising alternative to increase ethanol production. In this context, it has been shown that higher ethanol yields are obtained by coupling two stages, through the simultaneous saccharification and fermentation, process called simultaneous saccharification and fermentation (SSF). However, one of the barries the process is the optimum temperature for carrying out the two steps, the optimal action of cellulases occurs around 50°C, while most of the fe rmentative organisms grows between 30° and 37°C. Aiming to enable the process SSF has increased considerably in recent years the isolation of thermotolerant yeasts, especially strains belonging to the species Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces marxianus. In this context, our group has isolated and identified molecularly a thermotolerant strain of S. cerevisiae, called LBM-1. In order to select the appropriate micro-organism and the ideal conditions for the realization of the SSF process, was performed the physiological characterization of yeast strains of S. cerevisiae (LBM-1, CAT-1 and PE-2) and K. marxianus (UFV-3, ATCC 8554 and CCT 4086), as to use of carbon source, ethanol tolerance and thermotolerance by comparing the growth profile and the values of specific growth rate. Take into account the physiological characterization, fermentation tests were performed to establish the optimum amount of inoculum to be used and the micro-organism suitable for fermentation. These tests were conducted using glucose as substrate and at two different temperatures, in which the yeast had a good growth. Knowing the optimal concentration of inoculum used to be carried to the fermentation efficiency comparative analysis of the strains in SSF process using sugar cane bagasse as substrate. The sequencing of the D1/D2 region confirmed that the isolated LBM-1 is a yeast strain belonging to species S. cerevisiae. Physiological characterization showed that strains of S.cerevisiae are more tolerant to ethanol, whereas the strains of K. marxianus are more thermotolerant. Furthermore, strains of S. cerevisiae LBM-1, CAT-1 and PE-2 are thermotolerant and have the ability to grow and ferment at 42°C. The evaluation of stresses at high temperatures and high concentrations of glucose showed that yeast cells require higher concentrations of sugar to grow, and this effect was called "cross tolerance". Through the physiological characterization, both temperatures were established for the testing fermentation, 37° and 42°C, in which all the strains showed good grow th. Thus, experiments were made of glucose fermentation in comparing two initial optical densities 600 nm (O.D.(600)), 0,1 and 2, to know what O.D.(600) ideal to start fermentation. The results showed that O.D.(600) higher, corresponding to 2, favors an increase in process yield. Tests for glucose fermentation at 37°C showed values of ethan ol yields close to the theoretical 0.51. In tests of the SSF with sugar cane bagasse performed at both 37° and 42°C were obtained income (YE / C) very similar. However, at 37°C resulted in a higher final ethanol concentration than at 42 ° C. In addition, the SSF trials together with data obtained previously by the group showed that the fermentation should be started after 72 hours of pre-hydrolysis, since this time is the product inhibition of cellulases. With this we can conclude that all tested strains could potentially be upgraded to permit the SSF process.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3156
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