Assessing the potential of the filamentous fungus Mucor circinelloides as a source of lipase and lipids for biodiesel production in the biorefinery concept

O desenvolvimento sustentável é atualmente um dos maiores focos das pesquisas no mundo em virtude dos impactos ambientais, tais como aquecimento global, geração de resíduos e emissão de gases poluentes causados pelo uso de combustíveis fósseis. Deste modo, pesquisas têm sido concentradas em tecnologias que permitam a substituição de refinarias à base de petróleo por biorrefinarias que utilizam matérias-primas renováveis. Neste contexto, os fungos filamentosos surgem como um recurso promissor no desenvolvimento de novos produtos sustentáveis, entre os quais os fungos pertencentes ao filo Zigomiceto, contribuem significativamente para esse desenvolvimento e estão sendo extensivamente estudados para a aplicação em biorrefinarias, com destaque especial para os fungos do gênero Mucor. Esse gênero, particularmente da espécie Mucor circinelloides, é um potencial produtor da enzima lipase e de biomassa com quantidades significativas de lipídios (single cell oil) o que permite sua exploração no processo de produção de biodiesel. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi explorar importantes aplicações biotecnológicas da linhagem de Mucor circinelloides URM 4182, tanto para produção de lipases quanto de lipídios. O trabalho experimental realizado consolidou dados da potencialidade do fungo para produção de lipase ligada ao micélio e sua utilização como biocatalisador para obtenção de biodiesel partir de óleos vegetais alternativos, como andiroba, coco, macaúba, palma e pinhão manso. Nas condições estudadas, foram obtidos rendimentos de transesterificação entre 88% a 97% e as conversões mais elevadas foram alcançadas para os óleos láuricos sugerindo seletividade da lipase para ácidos de cadeia curta. A potencialidade da linhagem Mucor circinelloides URM 4182 foi comprovada na obtenção de lipídios em cultivos efetuados em biorreator utilizando glicose e milhocina, respectivamente, como fontes de carbono e de nutrientes alternativos aos suplementos sintéticos. Nessas condições, valores médios de produtividade biomassa (3,10 ± 0,01 g/L/dia) contendo (31 ±0,01 % m/m) de lipídios, correspondendo produtividade lipídica de (0,97 ± 0,01 g/L.dia) foram alcançados. A composição do óleo microbiano revelou elevados teores dos ácidos graxos saturados palmítico (C16:0) e esteárico (C18:0) e dos insaturados oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), que são os ácidos graxos semelhantes aos dos óleos vegetais convencionais utilizados para a produção de biodiesel. Além disso, foram verificados teores consideráveis do ácido gama-linolênico (GLA - C18:3), que tem relevante importância nas indústrias farmacêutica e de alimentos. A esterificação e transesterificação simultâneas do óleo microbiano ou diretamente da biomassa celular com etanol mediada por catalisadores heterogêneos bioquímicos e químicos forneceram amostras de biodiesel com elevados teores de ésteres de etila (> 97%) que atendem as normas de qualidade para uso como biocombustível.Sustainable development is now the major research focus in the world because of the environmental impacts, such as global warming, waste generation and greenhouse gas emissions caused by the use of fossil fuels. Thus, research has been focused on technologies that enables the replacement of petroleum based refineries by biorefinery based on renewable raw materials. In this context, filamentous fungi emerge as a promising resource in the development of new sustainable products, including the fungi belonging to the phylum Zigomicete which contribute significantly to this development and are being extensively studied for using in biorefineries, with particular emphasis on the Mucor sp. fungus genus. This genus, particularly from the species of Mucor circinelloides, is a potential producer of the enzyme lipase and biomass having significant amounts of lipids (single cell oil) which allows its exploitation in the biodiesel production. Thus, the aim of this study was to explore important biotechnological applications of a Brazilian strain of Mucor circinelloides URM 4182 for both production of lipases and lipids. The experimental work consolidated this fungus capability to produce mycelium bound lipase and its use as biocatalysts for biodiesel production from alternative vegetable oils such as andiroba, coconut, macaw palm, palm and jatropha. The attained transesterification yields were in the range from 88 to 97%, and the highest conversions were achieved for lauric oils suggesting that M. circinelloides lipase has high selectivity for short chain fatty acids. The capability of this strain was also proven to produce lipids at cultivation conditions established in this work using glucose and corn steep liquor, respectively, as carbon sources and alternative nutrients to the mineral supplements. Under these conditions, average values for biomass productivity (3.10 ± 0.01 g/L/day) containing high lipis levels (31.2 ± 0.01% m/m) and lipid productivity of 0.97 ± 0.01 g/L.dia were achieved. The composition of microbial oil revealed high levels of saturated fatty acids such as palmitic acid (C16:0) and stearic (C18:0) and unsaturated oleic (C18:1) and linoleic (C18:2), which are fatty acids similar to conventional vegetable oils used for the production of biodiesel. In addition, considerable levels of gamma-linolenic acid (GLA-C18:3) were also verified which has relevant importance in the pharmaceutical and food industries. The simultaneous esterification and transesterification from microbial oil or direct fungal biomass with ethanol mediated by heterogeneous catalysts (biochemical and chemical) provided samples with high levels of ethyl esters (> 97%) that meet the quality standards for using as biofuel