Produção de etanol empregando leveduras convencionais e termotolerantes

To attend the increase in Brazilian ethanol consumption and exportation, and also to comply with the goals established in the COP 21 and Quioto protocol, it will be necessary to increase the ethanol production in the next years. This purpouse can be achieved by using new yeast strains, new raw materials, and new extraction techniques. Thus, the objeticve of this work was evaluated the ethanol production by Kluyveromyces marxianus, a thermotolerant yeast, and its remotion by carbon dioxide stripping throughout the fermentation. In this work, fermentation experiments were carried out in agitated flasks in temperature range from 36 to 44 ºC using K. marxianus and in the range from 34 to 40 oC using Saccharomyces cereviae (commercial and industrial strains) to compare the performance of both yeasts. Thermotholerant yeast was evaluated using a medium composed by sweet sorghum and molasses in experiments carried out in agitated flasks at 40 oC. Assays with K. marxianus were carried out in a bioreactor (2 L) operated in batch mode and using carbon dioxide stripping (specific flow rates of 1.0, 1.5 and 2.5 vvm) . For all fermentation experiments the main kinetic parameters and yields were calculated. The fermentation process was modeled using Levenspiel kinetic. Stripping process was also modeled considering a first order kinetic. The model parameters were estimated by genetic optimization algorithm. Fermentations carried out at 40 oC with K. marxianus yeast exhibit a similar performance to that obtained in most Brazilian mills. Sweet sorghum demonstrated to be a promising raw material and the thermotolerant strain was able to consume all the sugars present in the broth. In the stripping experiments it was observed an increase in the value of the ethanol volumetric productivity. The higher value (9.02 gE/L∙h) was obtained in the experiment carried out at 1.0 vvm. The proposed mathematical model was able to adequately describe the fermentation processes.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Para atender o crescimento do consumo, da exportação de etanol e cumprir com os compromissos estabelecidos na COP 21 (21ª Conferência do Clima) e no Protocolo de Quioto será necessário aumentar a produção de etanol nos próximos anos. Esse objetivo pode ser alcançado por meio do emprego de novas linhagens de levedura, de novas matérias-primas e de novas técnicas de extração. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar a produção de etanol por Kluyveromyces marxianus, uma levedura termotolerante, e sua remoção por arraste empregando dióxido de carbono durante a fermentação (stripping). Experimentos foram realizados em frascos agitados na faixa de temperatura entre 36 a 44 oC com a levedura K. marxianus e na faixa de 34 e 40 ºC com a levedura Saccharomyces cereviae (linhagem comercial e industrial) para comparar o desempenho de ambas leveduras. A levedura termotolerante foi avaliada em meio composto por caldo de sorgo sacaríneo e melaço em experimento em frascos agitados a 40 oC. Experimentos realizados em biorreator (volume 2L) operado em modo batelada sem arraste e empregando arraste com dióxido de carbono (vazões específicas de 1,0, 1,5 e 2,5 vvm) foram realizados com a levedura K. marxianus. Em todos os experimentos foram calculados os parâmetros cinéticos e de rendimento. Realizou-se a modelagem matemática do processo empregando cinética de Levenspiel. O processo de stripping também foi modelado utilizando cinética de primeira ordem. Os parâmetros do modelo foram estimados por algorítmo genético. As fermentações a 40 oC com a levedura K. marxianus alcançaram desempenho dentro da faixa observada nas usinas brasileiras. O sorgo sacarino mostrou ser uma matéria-prima promissora e a levedura termotolerante foi capaz de consumir todos os açúcares presentes no meio de cultivo. Nos experimentos com stripping houve o aumento da produtividade volumétrica, sendo o maior valor obtido no experimento realizado a 1,0 vvm (9,02 gE/L∙h). O modelo matemático proposto forneceu uma descrição adequada dos processos fermentativos realizados.FAPESP: 2012/50046-