Production of cellulases in solid-state fermentation from agro-industrial waste

The energy sector is one of the fields of great economic importance in Brazil and in several countries in the world. In this sense, fossil fuels are the most used, but generate large environmental impacts, besides being a non-renewable source. Second-generation ethanol, which is produced from waste or by-products, has been a promising alternative to replace and supply the great demand for fuels. However, the plants have challenges to make this operation viable on a large scale. The biomass used as substrate is composed of a complex of cellulose, hemicellulose and lignin, with lignin being a macromolecule that gives rigidity and impermeability to plant cells. After the pre-treatment stage, responsible for the breakdown of lignin, the biomass requires the hydrolysis of cellulose and hemicellulose to make fermentable sugars available. Thus, the objective of this work was to evaluate eight fungal strains for the production of enzymatic complex through solid state fermentation and to study the best process conditions (forced aeration system, medium composition and fermentation time) for the production of cellulases using agroindustrial residues from corn husk meal, sugar cane bagasse, rice bran meal and roast residue and coffee grinding. The best conditions of cellulase production were achieved with a non-aerated system, substrate composition with 40% sugarcane bagasse, 30% corn husk meal and 30% coffee residue and 72 hours fermentation time using the microorganisms Penicillium oxalicum and Trichoderma reesei, enzymatic activity (FPase) was obtained 0.081±0.002 FPU/mL and 0.080±0.002 FPU/mL, respectively. With the use of the enzymatic complex, a cellulosic ethanol production for Penicillium oxalicum of 3.13±0.21 g/L and Trichoderma reesei of 3.59±0.32 g/L of ethanol was obtained in batch fermentation with Saccharomyces cerevisiae in 48 hours at 35°C.FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDissertação (Mestrado)O setor energético é um dos campos de grande relevância econômica no Brasil e em diversos países no mundo. Nesse sentido, os combustíveis fosseis são os mais empregados, mas geram grandes impactos ambientais, além de serem uma fonte não renovável. Para substituir e suprir a grande demanda por combustíveis, o etanol de segunda geração, que é produzido a partir de resíduos ou subprodutos, tem sido uma alternativa promissora. No entanto, as usinas possuem desafios para tornar viável esta operação em larga escala. A biomassa utilizada como substrato é composta por um complexo de celulose, hemicelulose e lignina, sendo a lignina uma macromolécula que confere rigidez e impermeabilidade às células vegetais. Após a etapa de pré-tratamento, responsável pela quebra da lignina, a biomassa requer a hidrólise da celulose e da hemicelulose para disponibilizar os açúcares fermentescíveis para a fermentação. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar oito cepas de fungos para produção de complexo enzimático através de fermentação em estado sólido e estudar as melhores condições de processo (sistema de aeração forçada, composição do meio e tempo de fermentação) para a produção de celulases utilizando resíduos agroindustriais de farelo da casca do milho, bagaço de cana-deaçúcar, farelo da palha do arroz e resíduo da torra e trituração do café. As melhores condições de produção das celulases foram alcançadas com sistema sem aeração forçada, composição de substrato com 40% de bagaço de cana, 30% de farelo da casca do milho e 30% de resíduo do café e tempo de 72 horas de fermentação, utilizando os microrganismos Penicillium oxalicum e Trichoderma reesei, obteve-se atividade enzimática (FPase) 0,081±0,002 FPU/mL e 0,080±0,002 FPU/mL, respectivamente. Com a utilização do complexo enzimático obteve-se uma produção de etanol celulósico para Penicillium oxalicum de 3,13±0,21 g/L e Trichoderma reesei de 3,59±0,32 g/L de etanol, em fermentação batelada com Saccharomyces cerevisiae em 48 horas a 35°C.2021-02-1