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Jan 07, 2024

Valorização da palha de arroz, bagaço de cana-de-açúcar e bagaço de sorgo sacarino para produção de bioetanol e fenilacetilcarbinol

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 727 (2023) Citar este artigo

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A queima a céu aberto de resíduos agrícolas causa inúmeras complicações, incluindo poluição por material particulado no ar, degradação do solo, aquecimento global e muito mais. Por possuírem potencial de bioconversão, resíduos agroindustriais como bagaço de cana-de-açúcar (BCA), palha de arroz (RS), sabugo de milho (CC) e bagaço de sorgo sacarino (SSB) foram escolhidos para o estudo. Cepas de leveduras, Candida tropicalis, C. shehatae, Saccharomyces cerevisiae e Kluyveromyces marxianus var. marxianus foram comparados por seu potencial de produção de bioetanol e fenilacetilcarbinol (PAC), um intermediário na fabricação de produtos farmacêuticos cruciais, a saber, efedrina e pseudoefedrina. Dentre os substratos e leveduras avaliados, o RS cultivado com C. tropicalis produziu significativamente (p ≤ 0,05) maior concentração de etanol a 15,3 g L−1 após 24 h de cultivo. O rendimento de produto por substrato (Yeth/s) foi de 0,38 g g-1 com produtividade volumétrica (Qp) de 0,64 g L−1 h−1 e eficiência de fermentação de 73,6% com base em um rendimento teórico de 0,51 g etanol/g glicose . C. tropicalis cultivada em meio RS produziu 0,303 U mL−1 de piruvato descarboxilase (PDC), uma enzima chave que catalisa a produção de PAC, com uma atividade específica de 0,400 U mg−1 de proteína após 24 h de cultivo. Este estudo também comparou a biomassa de células inteiras de C. tropicalis com sua preparação de PDC parcialmente purificada para biotransformação de PAC. As células inteiras de C. tropicalis PDC a 1,29 U mL−1 produziram uma concentração total de 62,3 mM PAC, que foi 68,4% maior quando comparada à preparação de enzima parcialmente purificada. Os resultados sugerem que a valorização de resíduos lignocelulósicos em bioetanol e PAC não só ajudará a mitigar o desafio ambiental imposto por seu entorno, mas também tem o potencial de melhorar a bioeconomia.

Como consequência da população global que se estima atingir mais de 9 bilhões em 2050 e 11 bilhões em 21001, o suprimento adequado de alimentos está em questão para o futuro próximo. Para conquistar isso, a comunidade científica vem explorando várias estratégias de prevenção da deterioração de alimentos2,3 e estendendo sua vida útil4,5 enquanto busca identificar micróbios úteis para a indústria de alimentos6. Em relação ao Objetivo de Desenvolvimento Sustentável 2 (Fome Zero), houve um notável avanço na produção de aves, gado e colheitas, que também contribuem para a evolução dos resíduos alimentares e agrícolas7. Os resíduos alimentares podem ser reciclados em produtos comercialmente viáveis, por exemplo, são utilizados como matérias-primas para a fabricação de bioplásticos e biocombustíveis, além da extração de componentes de valor agregado8. Os resíduos alimentares também são empregados em processos industriais para a produção de biocombustíveis ou biopolímeros9,10. Por outro lado, os resíduos agroindustriais podem ser usados ​​para biomassa em energia, produção de cogumelos, produção de papelão/papel e outras aplicações fora da fazenda11. Embora possam ser reciclados para a fabricação de itens valiosos como aglomerado, aglomerado, biocompósitos12 ou outros materiais de construção13, o volume de resíduos que essas alternativas podem utilizar atualmente é uma fração do que é realmente produzido11. Assim, em muitos países, na ausência de práticas adequadas de manejo e aproveitamento dessa enorme quantidade de resíduos, eles são queimados ou enterrados sob o solo, o que leva à poluição do ar e da água e ao aquecimento global14. A queima de resíduos ao ar livre contribui com a poluição por partículas finas (PM), um importante fator de risco à saúde que contribui significativamente para a mortalidade em várias regiões do mundo, incluindo o Sudeste Asiático. Em 2019, um estudo Global Burden of Disease (GBD) classificou a exposição ao PM2,5 como o 6º fator de risco de mortalidade global15. A extensão da queima de resíduos agrícolas e suas consequências catastróficas na qualidade do ar é classificada como o 7º principal fator de risco de mortalidade15,16,17 na Tailândia, um grande produtor agrícola no Sudeste Asiático. Esse manejo inadequado tem gerado uma intensa demanda por estratégias de aproveitamento e valorização dos resíduos agrícolas em tempo hábil para a sustentabilidade e segurança alimentar e sanitária14.