Estudo da viabilidade do soro de queijo para produção de bioetanol

Bárbara C. F. Bonalume, Grace O. Franzoi, Jéssica M. Freitas, Vanessa A. F. de Carvalho, Verônica A. Sasaki, José A. D. Rodrigues e Suzana M. Ratusznei

Departamento de Engenharia Química e de Alimentos, Escola de Engenharia Mauá, Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul, SP, BR. E-mail: [email protected], [email protected]

RESUMO

Inicialmente investigou-se o desempenho de células livres de Kluyveromyces lactis e Kluyveromyces marxianus no aproveitamento do soro de queijo para a produção de etanol. Obteve-se melhor desempenho para Kluyveromyces marxianus. Verificou-se, também, o desempenho, desta levedura, na produção de etanol em diferentes meios de cultivo: soro de queijo reconstituído (SQR); soro de queijo reconstituído, esterilizado e filtrado (SQRE) e soro de queijo reconstituído, acidificado, esterilizado e filtrado (SQRAE). Os resultados foram similares, desta forma, foi possível produzir etanol a partir do aproveitamento do soro de queijo sem o tratamento prévio de acidificação, aquecimento e filtração do substrato. Posteriormente foram realizados ensaios com células imobilizadas de Kluyveromyces marxianus, em biorreator, de 10 L, BIOFLO 2000 (32oC, pH 5,0 e 300 rpm), sem dispositivo interno para manter as células imobilizadas submersas, e em biorreator, de 6,0 L, de acrílico (32oC, pH 5,0 e 100 rpm) com dispositivo interno que mantinha as células imobilizadas submersas no meio de cultivo. Os melhores resultados foram obtidos para a operação em biorreator, com dispositivo interno que possibilitou que as células imobilizadas permanecessem submersas e, também, que houvesse a renovação do meio de cultivo, repetindo-se a batelada. Foram obtidos valores de fator de conversão entre produto e substrato, rendimento e produtividade em etanol de, respectivamente: 0,38 gP/gS, 73,9% e 1,82 g/L.h, para concentração de soro de queijo de 150 g/L na operação em batelada, e de, respectivamente: 0,33 gP/gS, 64,8% e 2,28 g/L.h, para concentração de soro de queijo de 218 g/L, na operação em batelada repetida. Estes valores foram superiores quando comparados aos obtidos em condições de cultivo e operação semelhantes, porém com células livres de Kluyveromyces marxianus.

1. INTRODUÇÃO

O mercado brasileiro de laticínios apresentou em 2014 cerca de R$ 55,2 bilhões em faturamento líquido, segundo a Associação Brasileira das Indústrias da Alimentação, sendo um dos principais setores da indústria no Brasil. A Associação Brasileira das Indústrias de Queijo (Abiq) estima que a produção nacional de queijos em 2014 tenha atingido 1,1 milhão de toneladas, um aumento de 7% em relação a 2013 (Scarcelli, 2015).

O soro de queijo é um subproduto da indústria de laticínios, sendo produzido durante coagulação da caseína do leite em uma das etapas de produção do queijo. Como é produzido em grandes quantidades (9 kg de soro/kg de queijo) e tem alta carga poluidora (30 a 50 gDBO/L), pode representar um problema ambiental significativo. No entanto, mantém muitos dos nutrientes do leite, incluindo proteínas funcionais, peptídeos, lipídios, lactose, vitaminas e minerais. Dessa forma, possui um vasto potencial como fonte de compostos de valor agregado, desafiando a indústria a enfrentar o excedente do soro de queijo como um recurso valioso, e não apenas como um resíduo problemático (Guimarães, Teixeira e Domingues, 2010).

Estudos estão sendo realizados para obtenção de produtos com valor agregado a partir do excedente do soro de queijo como por exemplo: etanol, butanol, ácidos, hidrogênio, metano, entre outros (Mussatto, et al. 2010; Raganati, et al. 2013; Lund, et al. 1992; Lima, et al. 2015; Lovato, et al. 2016). Uma das possibilidades de aproveitamento do soro de queijo em bioprocessos é a sua utilização para a produção de etanol por leveduras da espécie Kluyveromyces (Zafar e Owais, M., 2006; Guimarães et al., 2010).

Com a demanda de energia cada vez maior, esforços têm sido feitos visando reduzir a dependência de fontes não renováveis de energia, optando-se pela produção, no caso do etanol, por exemplo, pela fermentação de resíduos agrícolas e agroindustriais. Aproximadamente 80% do etanol mundial é produzido via fermentação de açúcar e amido de plantas ou de subprodutos industriais. Porém, devido à crescente demanda por biocombustíveis, existe uma necessidade de aumentar o rendimento e diminuir os custos da produção, de modo que este produto possa ser disponibilizado a preços mais baixos. Uma das alternativas para otimizar o processo de produção de etanol é a imobilização das células, o que leva a maiores velocidades de fermentação, proporcionando densidades celulares mais elevadas por unidade de volume de fermentação (Shrestha, et al. 2012).

A produção do etanol utilizando o soro do queijo como matéria prima ainda é uma tecnologia em desenvolvimento (Ariyant et al. 2012) e pouco utilizada devido ao alto custo associado à sua produção (Ling, 2008). Entretanto existem algumas destilarias em países como Estados Unidos, Nova Zelândia e Irlanda que estão produzindo álcool em escala comercial a partir do soro do queijo (Silveira et al. 2005).

Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade do aproveitamento do soro de queijo para a produção de etanol, avaliando-se, inicialmente, a capacidade das leveduras Kluyveromyces lactis e Kluyveromyces marxianus na produção deste biocombustivel e, posteriormente, o desempenho de células livres e imobilizadas da levedura que apresentar maior capacidade de produção, desta vez em diferentes meios de cultivo (SQR, SQRE e SQRAE) variando-se a concentração de substrato dos mesmos. Desta forma pretende-se minimizar os impactos ambientais causado por esse resíduo e ao mesmo tempo agregar um valor econômico para o mesmo.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Biorreator

Para a realização dos ensaios de produção de etanol foram utilizados, dependendo da condição estudada, uma câmara incubadora rotativa (New Brunswick Scientific Co. Inc) ou, conforme apresentado na Figura 1, um biorreator sem dispositivo interno para manter a células imobilizadas submersas, Figura 1(a), ou um biorreator com dispositivo interno para manter a células imobilizadas submersas, Figura 1(b).

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Figura 1 – Biorreator BIOFLO 2000 sem dispositivo interno (a), biorreator com dispositivo interno (b) e dispositivo interno para manter os glóbulos com células imobilizadas submersos (c).

A Figura 1(a) consta do biorreator BIOFLO 2000 da “New Brunswick Scientific”, o qual não dispunha de dispositivo interno para manter a células imobilizadas submersas, com capacidade de 10 L. Esse reator era constituído por: um biorreator de vidro, um sistema de agitação mecânica (composto por um motor de agitação, no qual estava acoplado um impelidor tipo turbina com seis pás planas verticais, uma serpentina de resfriamento interna ao biorreator) e quatro defletores. Na tampa do biorreator existiam várias entradas que possibilitavam: (i) a inserção de um eletrodo de pH e de um termopar; (ii) a alimentação de solução de ácido e/ou de base, para manutenção de pH; (iii) a saída de metabólitos gasosos; (iv) a alimentação do meio de cultivo/inóculo e (v) a retirada das amostras. Dispunha-se, também, de um painel, de um sistema de controle e um módulo auxiliar de controle. No módulo auxiliar de controle estavam conectados o cabo do medidor de pH e as bombas peristálticas utilizadas para adicionar as soluções relacionadas à manutenção de pH. Além disso havia uma manta térmica (TEMPCO SHS 00778) de 250 W e 24 V, localizada na base do biorreator para aquecimento.

A Figura 1(b) consta do biorreator, com capacidade de 6 L, o qual continha um dispositivo interno (cesto) para manter a células imobilizadas submersas. O sistema era constituído por: um biorreator de acrílico, um sistema de agitação mecânica (composto por um motor de agitação, no qual estava acoplado um impelidor tipo turbina com seis pás planas verticais) um dispositivo interno (cesto) para manter as células submersas. O cesto interno continha uma abertura na qual o impelidor era posicionado, de modo que este não entrasse em contato com as células imobilizadas. Além disso, o biorreator continha entradas na tampa, que permitiam a retirada de amostras e a saída dos metabólitos gasosos e, na parte inferior, uma válvula permitia a retirada de meio de cultivo.

Meios de cultivo

Os meios de cultivo constaram em: SQR (soro de queijo reconstruído), SQRE (soro de queijo reconstruído, esterilizado e filtrado) e SQREA (soro de queijo reconstruído, esterilizado, acidificado e filtrado). Estes meios de cultivo continham: soro de queijo 50 g/L; extrato de levedura 12 g/L; fosfato de potássio 5,0 g/L; sulfato de amônio 6,0 g/L; e sulfato de magnésio 0,6 g/L. Foi utilizado soro de queijo reconstituído a partir de soro desidratado (Elegê Brasil Foods S.A) com teor de umidade de 2%, contendo proteínas 11%; glicídios 76% e lipídeos 1%.

Os meios SQRE e SQREA foram preparados do mesmo modo que o meio SQR. As diferenças constaram em: (i) esterilizar em autoclave (Fabre Primar Industrial LTDA-103), a 121oC por 15 min, e filtrar (papel filtro Nalgon 3 micras) o meio SQRE e (ii) diluir e acidificar o soro de queijo, com ácido cítrico até pH igual a 5,0, esterilizar e filtrar nas condições anteriores e, em paralelo, esterilizar os demais componentes do meio de cultivo e misturá-los ao soro de queijo acidificado, esterilizado e filtrado, no caso do preparo do meio SQREA.

Inóculo

O inóculo utilizado nos experimentos, para a produção de etanol a partir do soro de queijo, era composto de Kluyveromyces lactis (ATCC 24176 – CCT 4088) ou Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537 – CCT 4086), os quais foram adquiridos na forma liofilizada, da Coleção de Culturas Tropical (CCT) da Fundação André Tosello de Pesquisa e Tecnologia, localizada em Campinas (SP), sendo preservados em geladeira (4°C), em tubos de ensaio contendo meio de cultura sólido YMA (Yeast-Malt Extract Agar – DIFCO 0711-01) inclinado.

Procedimento experimental

A Tabela 1 apresenta as condições experimentais estudadas, na qual Cso é a concentração de substrato e V é o volume útil do reator. Nas Condições 1 e 2 os ensaios foram realizados em câmara de incubação rotativa em erlenmeyers de 500 mL, contendo 200 mL dos meios SQR, SQRE e SQREA, os quais forma inoculados com 20 mL de suspensão contendo células livres de K. lactis e K. marxianus ou K. marxianus. Os erlenmeyers foram fechados com filtros de profundidade e mediu-se a massa do conjunto (erlenmeyer e o seu conteúdo). O conjunto foi mantido a 30°C em câmara incubadora rotativa a 100 rpm, durante 24 h. A cada 30 minutos o conjunto foi retirado da câmara incubadora rotativa e foi pesado. A perda de massa do conjunto correspondia à liberação de dióxido de carbono devido ao metabolismo. Foi mantido, também, na câmara incubadora rotativa, um erlenmeyer de 500 mL contendo, somente o meio de cultivo, sem o inóculo, para verificação da massa perdida devido à evaporação do meio. A finalidade destes ensaios foi a de verificar se o Kluyveromyces lactis (ATCC 24176) e o Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) metabolizariam a fonte de carbono fornecida e produziriam etanol.

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Nas Condições 3 a 6 os ensaios foram realizados em biorreator BIOFLO 2000, a 30oC, 300 rpm e pH 5,0 variando-se a concentração de soro de queijo (Cso) de 70 a 200 g/L. O volume de meio de cultivo no biorreator (V) foi de 7 a 8 L, inoculado com 800 mL de suspensão, com 5 g/L de células livres de K. marxianus, pré-cultivadas, por 24 h, em câmara de incubação rotativa.

A Condição 7 foi realizada com células imobilizadas de K. marxianus. Inicialmente o K. marxianus foi pré-cultivado em câmara de incubação rotativa (New Brunswick Scientific Co. Inc.) a 100 rpm durante 24 h. A seguir foi centrifugado por 5 min (Centrifuga Excelsa Baby II-Fanem) e imobilizado em alginato de sódio. Os glóbulos contendo as células foram inoculados no biorreator BIOFLO 2000, o qual continha meio SQR com 215 g/L, sendo a temperatura de 32oC, o pH 5,0 e a frequência do agitador de 300 rpm.

A Condição 8 também foi realizada com células imobilizadas de K. marxianus, cujo procedimento de imobilização foi o mesmo descrito anteriormente. No preparo do biorreator, inicialmente, um dispositivo interno (cesto), Figura 1(c), foi colocado no interior do mesmo para manter as células imobilizadas submersas. A seguir foram alocadas, no interior do cesto, as células imobilizadas de K. marxianus. O cesto foi tampado e em seguida o impelidor e a tampa do biorreator foram posicionados adequadamente. O meio de cultivo SQR, com concentração inicial de 150 g/L de substrato, a 32oC e pH 5,0, foi adicionado ao biorreator. Ligou-se a agitação em 100 rpm e procedeu-se a retirada das amostras por uma das entradas existentes na tampa do biorreator. O sistema foi mantido no interior de uma câmara com temperatura controlada a 32°C. Após a exaustão da fonte de carbono, o meio foi drenado e 5,0 L de meio SQR, com concentração de substrato de 218 g/L, foram alimentados no biorreator permitindo que a operação em batelada fosse repetida. Na operação em batelada repetida o sistema foi operado nas mesmas condições descritas anteriormente.

Procedimento analíticos

A determinação da concentração do substrato foi realizada utilizando-se o método de Dubois (Dubois et al., 1956). A concentração de etanol foi determinada pelo método de Dicromato (Pilone, 1985).

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Produção de etanol com células livres de Kluyveromyces lactis e de Kluyveromyces marxianus

Inicialmente, na Condição 1, investigou-se o desempenho de Kluyveromyces lactis e Kluyveromyces marxianus no aproveitamento do soro de queijo para a produção de etanol, em ensaios em câmara de incubação rotativa com meios de cultivo SQR, SQRE e SQRAE. Obtiveram-se valores de perda de massa de, aproximadamente, 5,0 g de CO2, (o que correspondeu a uma concentração de etanol estimada de, aproximadamente, 25 g/L) para o K. marxianus, enquanto para o K. lactis os valores foram bastante inferiores, e variaram de 0,03 a 0,26 g de CO2. Como o K. marxianus apresentou desempenho superior no metabolismo da lactose para a produção de dióxido de carbono e, consequentemente de etanol, este microrganismo foi utilizada nas demais condições estudadas.

Na Figura 2 são apresentados os valores médios de perda de massa obtidos na Condição 2, na qual os ensaios foram realizados em câmara de incubação rotativa, com o K. marxianus, com os meios de cultivo SQR, SQRE e SQRAE. Os resultados foram próximos. Desta forma, parece que não houve diferença no metabolismo do substrato, pelo K. marxianus, para a produção de etanol, submetendo-se os meios de cultivo aos tratamentos de acidificação e aquecimento, para separação das proteínas do soro de queijo.

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Figura 2 – Perda de massa devido ao metabolismo do Kluyveromyces marxianus nos meios SQR, SQRE e SQREA em função do tempo na Condição 2.

Figura 3 – Concentração de etanol (CP) nos ensaios com (a) 70 g/L e (b) 100 g/L de soro de queijo com Kluyveromyces marxianus e meios SQR e SQREA

Em relação aos meios de cultivo SQR, SQRE e SQRAE utilizados, observou-se que resultados de produção estimada de etanol foram muito próximos. Desta forma, optou-se, nas demais condições estudadas, em utilizar o meio de cultivo menos dispendioso ao processo, ou seja, o meio SQR, o qual não foi submetido ao tratamento prévio, de separação das proteínas. Optou-se, também, pela utilização do meio SQRAE, que apresentava um tratamento prévio composto de maior número de etapas, portanto de maior dispêndio para o processo. Além disso, a realização de ensaios com os dois meios de cultivo permitiria verificar se haveria diferença significativa nos resultados de produção de etanol caso o tratamento prévio não fosse realizado.

Nas Condições 3 a 6, os ensaios foram realizados em biorreator BIOFLO 2000, com meios de cultivo SQRAE ou SQR, com concentração de substrato de, respectivamente, 70 g/L, 100 g/L, 130 g/L e 200 g/L. Nas Figuras 3 e4 são apresentados os resultados obtidos nessas condições.

Nos ensaios com 70 g/L, Figura 3(a) de soro de queijo as concentrações de etanol foram semelhantes, de 22,9 g/L (meio SQR) e 21,0 g/L (meio SQRAE). Para 100 g/L, Figura 3(b), os resultados também foram semelhantes, de 38,04 g/L (meio SQR) e 36,16 g/L (meio SQRAE).

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Figura 4 – Concentração de etanol (CP) nos ensaios com (a) 130 g/L de soro de queijo nos meios SQR e SQREA e (b) 200 g/L de soro de queijo no meio SQR com Kluyveromyces marxianus.

Para 130 g/L com meio SQR, Figura 4(a), a partir de, aproximadamente, 42 h, do início do ensaio a concentração de etanol manteve-se estável em, aproximadamente, 43 g/L e a concentração de substrato em, aproximadamente, 3,3 g/L. Para o meio SQRAE a concentração de etanol foi de 47g/L, e a concentração de substrato foi de 18,11 g/L, em 47 h de batelada. A concentração de substrato diminuiu mais lentamente para a condição com meio SQRE, em relação à do meio SQR, nas demais vinte horas da batelada. Analisando-se os resultados para o tempo de 47 h, para o meio SQRAE, verifica-se que se obteve uma concentração ligeiramente superior de etanol, com menor consumo de substrato, porém a concentração de substrato diminuiu para 3,89 g/L em 60 h de batelada, não havendo aumento na concentração de etanol. Para 200 g/L, Figura 4(b), obtiveram-se 39 g/L de etanol em 50 h a partir do meio SQR.

A Tabela 2 apresenta os valores de tempo de batelada (tB), concentração de substrato inicial (Cso) e final (Cs), concentração de etanol inicial (Cpo) e final (CP), fator de conversão entre produto e substrato (YP/S), rendimento em etanol (R) e produtividade em etanol (Prp) nos ensaios realizados com K. marxianus com meios de cultivo SQR e SQRAE com 70 a 150 g/L.

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Os valores do fator de conversão entre produto e substrato foram, praticamente, iguais para as condições com a mesma concentração de substrato (0,28 gP/gS, para, aproximadamente, 70 g/L, e de 0,34 gP/gS para, aproximadamente, 100 g/L) para os meios de cultivo SQR e SQRAE. Para, aproximadamente, 130 g/L o meio SQRAE apresentou um valor superior para o fator de conversão. Com relação aos valores de produtividade em etanol, os valores foram bastante próximos, com pequena vantagem para o meio SQR. Com relação ao rendimento em etanol, os valores foram próximos, a não ser para a concentração de, aproximadamente, 130 g/L, para a qual o rendimento foi maior para o meio SQRAE.

Estes resultados mostram a possibilidade da obtenção de etanol a partir do aproveitamento do soro de queijo sem as etapas prévias de acidificação, esterilização e filtração o que significa que o processo poderá ser realizado de forma mais econômica, suprimindo-se o tratamento prévio, para a produção de etanol.

Produção de etanol com células imobilizadas de Kluyveromyces marxianus

Na Figura 5 são apresentados os resultados de concentração de substrato (soro de queijo) e de produto (etanol) obtidos na Condição 7, realizada com células imobilizadas de K. marxianus, em biorreator BIOFLO 2000 sem dispositivo interno para que as células permanecessem submersas, operado em batelada, a 32°C, com agitação mecânica de 300 rpm e pH 5. Foi possível obter 54 g/L de etanol em 32 h de cultivo em batelada.

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Figura 5 – Concentração de substrato (Cs) e de etanol (Cp) na operação em batelada com células imobilizadas de K. marxianus em biorreator BIOFLO – Condição 7.

Na Condição 7, observou-se que os glóbulos com as células imobilizadas tinham a tendência de permanecer na superfície do meio de cultivo conforme pode ser observado na Figura 6. Um possível aumento da velocidade de agitação não pareceu uma solução razoável neste caso, pois poderia danificar os glóbulos. Essa predisposição das células imobilizadas de permanecer na parte superior do biorreator, ocorreu, provavelmente, em virtude da liberação de CO2 devido ao metabolismo. O CO2 permanecia no interior dos glóbulos contendo as células imobilizadas diminuindo a densidade dos mesmos.

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Figura 6 – Células de K. marxianus imobilizadas em alginato na superfície do meio de cultivo

Devido à tendência dos glóbulos com K. marxianus imobilizado permanecerem na superfície, conforme explicado anteriormente, na Condição 8 foi utilizado um biorreator de acrílico, de 6,0 L, contendo um dispositivo interno (cesto), Figuras 1(b) e 1(c), para manter as células submersas. A temperatura foi mantida em 32oC. Inicialmente a concentração de substrato do meio SQR foi de 150 g/L e após 41,5 h de cultivo o meio foi drenado, e a batelada foi repetida, alimentando-se o biorreator com meio SQR com concentração de 218 g/L. Na Figura 7 são apresentados os resultados obtidos. Foi possível obter 54,64 g/L de etanol nas 29 h iniciais do cultivo. Após a renovação do meio no biorreator, obtiveram-se 70,31 g/L de etanol após 29 h de cultivo.

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Figura 7 – Concentração de etanol (Cp) (a) e concentração de substrato (Cs) (b) na operação em batelada (B) e batelada repetida (BR) com células imobilizadas de K. marxianus em biorreator com dispositivo interno – Condição 8.

Figura 8 – Concentração de etanol (Cp) nas operações com K. marxianus: em batelada com células livres (K.m-L-B-C5), em batelada com células imobilizadas na Condição 7 (K.m-I-B-C7) e na Condição 8 (K.m-I-B-C8) e em batelada repetida na Condição 8 (K.m-I-B-C8).

A Figura 8 apresenta os resultados de concentração de etanol nos ensaios realizados com K. marxianus, em meio SQR, nas seguintes condições: em batelada com células livres (K.m-L-B-C5); em batelada com células imobilizadas na Condição 7 (K.m-I-B-C7) e em batelada (K.m-I-B-C8) e batelada repetida (K.m-I-BR-C8) na Condição 8.

Verifica-se que os valores de concentração de etanol foram superiores para as operações com células imobilizadas, na operação em batelada na Condição 7 (K.m-I-B-C7) e 8 (K.m-I-B-C8) e na operação em batelada repetida na Condição 8 (K.m-I-BR-C8). A renovação do meio, na operação em batelada repetida, permitiu a reutilização das células e diminuiu a inibição pelo produto, o que implicou em uma continuidade na produção de etanol.

A Tabela 3 apresenta os valores de tempo de batelada (tB), concentração de substrato inicial (Cso) e final (Cs), concentração de etanol inicial (Cpo) e final (Cp), fator de conversão entre produto e substrato (YP/S), rendimento em etanol (R) e produtividade em etanol (Prp) nos ensaios realizados com Kluyveromyces marxianus, em meio de cultivo SQR, com células livres e imobilizadas.

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Os valores do fator de conversão entre produto e substrato, rendimento e a produtividade em etanol foram maiores na Condição 8, com células imobilizadas e operado em batelada (K.m-I-B-C8) e batelada repetida (K.m-I-BR-C8), quando comparado aos demais. No caso da Condição 7 (K.m-I-B-C7), provavelmente, o fato dos glóbulos não permanecerem submersos prejudicou o acesso dos microrganismos ao substrato resultando em valores menores destes parâmetros.

Ressalta-se que nos ensaios com células livres (K.m-L-B-C6) não foi possível obter resultados do fator de conversão, de rendimento e de produtividade em etanol com células livres.

Desta forma fez-se a comparação dos resultados dos ensaios com células imobilizadas e células livres, analisando-se os resultados do ensaio K.m-I-B-C8 e do ensaio K.m-L-B-C5, os quais possuem uma concentração de substrato similar. Verifica-se que os valores do fator de conversão, o rendimento e a produtividade foram superiores para o ensaio com células imobilizadas. Os melhores resultados para as células imobilizadas podem estar relacionados a uma inibição menor pelo produto e a uma maior densidade de células na operação com células imobilizadas.

4. CONCLUSÕES

No estudo do aproveitamento do soro de queijo para a produção de etanol foi possível verificar que a levedura Kluyveromyces marxianus apresentou melhor desempenho no metabolismo da lactose para produção de etanol em relação a Kluyveromyces lactis. O tratamento prévio, de aquecimento e filtração (meio SQRE) ou acidificação seguida de aquecimento e filtração (meio SQRAE), dos meios de cultivo não influenciou os resultados de produção de etanol, em relação ao meio sem este tratamento (meio SQR), em ensaios em frascos agitados.

Os resultados de produção de etanol foram muito similares para o meio SQR, para o qual não foi realizado nenhum tratamento prévio e para o meio SQRAE, que foi submetido a um tratamento prévio (acidificação, aquecimento e filtração). Obtiveram-se valores de fator de conversão entre produto e substrato e rendimento em etanol de: 0,34 gP/gS e 67%, para o meio SQR (soro de queijo reconstituído) com concentração de substrato de 100 g/L e de 0,37 gP/gS e 72%, para o meio SQRAE (soro de queijo reconstituído acidificado, esterilizado e filtrado), com concentração de substrato de 130 g/L. Desta forma, a possibilidade de produzir etanol de forma similar, com os dois meios citados anteriormente, significa um custo menor do processo para o meio SQR.

A produção de etanol com células imobilizadas de K. marxianus em biorreator BIOFLO 2000 com meio SQR sem dispositivo interno, foi prejudicada em virtude dos glóbulos com as células imobilizadas não permaneceram submersas. Obteve-se valores de fator de conversão entre produto e substrato, de rendimento e de produtividade em etanol, respectivamente, de 0,26 gP/gS, 51,5% e 1,68 g/L.h, para concentração de soro de queijo de 215 g/L.

A utilização de um biorreator com dispositivo interno (cesto) para manter as células submersas foi efetiva e implicou em aumento nos valores de fator de conversão entre produto e substrato, de rendimento em etanol e de produtividade, os quais foram de, respectivamente, 0,38 gP/gS, 73,9% e 1,82 g/L.h, para concentração de soro de queijo de 150 g/L.

A comparação dos resultados para as configurações com células imobilizadas e células livres, para uma concentração de substrato similar, permitiu verificar que os valores do fator de conversão, do rendimento e da produtividade foram superiores para o ensaio com células imobilizadas, além do tempo de batelada requerido ter sido menor.

A imobilização das células de K. marxianus facilitou e possibilitou a reutilização das mesmas e a repetição da batelada. Obteve-se valores de fator de conversão entre produto e substrato, de rendimento em etanol e de produtividade, de, respectivamente, 0,33 gP/gS, 64,8% e 2,28 g/L.h, para concentração de soro de queijo de 218 g/L na operação em batelada repetida.

5. REFERÊNCIAS

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Dubois, M.; Gilles, K.; Hamilton, J.; Rebers, P.; Smith, F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Analytical Chemistry, 28, 350-356, 1956.

Guimarães, P. M. R.; Teixeira, J. A.; Domingues, L. Fermentation of lactose to bio-ethanol by yeasts as part of integrated solutions for the valorization of cheese whey. Biotechnology Advances, 28, 375-384, 2010.

Lima, D. M. F.; Inoue, R. K.; Rodrigues, J. A. D.; Ratusznei, S. M.; Zaiat, M. Biohydrogen from cheese whey treatment in an AnSBBR: Achieving process stability. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 32, 397-408, 2015.

Ling, C. Whey to ethanol: A biofuel role for dairy cooperatives? USDA Rural Development, Research Report, 214, 2008.

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