Orientadores: Everson Alves Miranda, Nemailla Bonturi

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Uma das soluções para o desenvolvimento sustentável é a utilização de biocombustíveis, dentre eles o biodiesel. Todavia, o biodiesel ainda não é um combustível totalmente sustentável e viável economicamente devido seu alto custo de produção e uso de fontes alimentícias como matéria-prima,...

Resumo: Uma das soluções para o desenvolvimento sustentável é a utilização de biocombustíveis, dentre eles o biodiesel. Todavia, o biodiesel ainda não é um combustível totalmente sustentável e viável economicamente devido seu alto custo de produção e uso de fontes alimentícias como matéria-prima, principalmente óleo vegetal. Esta situação pode ser contornada pela substituição do óleo vegetal por óleo de origem microbiana. Entretanto, a obtenção de óleo microbiano ainda é mais dispendiosa quando comparado ao óleo vegetal, devido principalmente à utilização de substratos convencionais de alto custo (principalmente glicose). A utilização de hidrolisados hemicelulósicos é uma alternativa mais barata que estes substratos convencionais. No entanto, hidrolisados hemicelulósicos podem conter inibidores que afetam o desenvolvimento microbiano e contribuem para baixos conteúdos lipídicos. Assim sendo, a obtenção de levedura capaz de se desenvolver nestes hidrolisados pode contribuir para viabilização da produção de biodiesel a partir de óleo microbiano. A adaptação evolutiva de laboratório (ALE) é uma estratégia para obtenção de cepas robustas. Entretanto não há metodologia estabelecida para esta técnica, havendo uma dualidade no tocante a se executar a ALE com ou sem seleção de clones. O objetivo deste trabalho foi realizar a ALE da levedura Rhodotorula toruloides em hidrolisado hemicelulósico de bagaço da cana-de-açúcar contendo altas concentrações de inibidores, através de duas estratégias, com e sem seleção de clones utilizando um critério para passagem de cepas a concentrações mais elevadas de hidrolisado: a taxa específica de crescimento máxima. Estudou-se ainda, a possibilidade de uso da fração hemicelulósica de eucalipto como fonte de carbono e efeito de substratos e razão C/N no cultivo contínuo desta levedura. As duas estratégias de ALE foram efetivas. Entretanto, a cepa obtida na ALE com cultura heterogênea (Rth) apresentou valores de parâmetros cinéticos e de produtividade superiores às cepas parental e à obtida por ALE com seleção de clones (Rtc). A Rth apresentou µmax 55% superior em relação a cepa parental e maiores produção celular e conteúdo lipídico (6,51 g/l e 60%, respectivamente). Somado a isto, um cultivo da cepa Rth em biorreator de tanque agitado utilizando hidrolisado hemicelulósico alcançou conteúdo lipídico de 58,2%. Confirmou-se a possibilidade da produção lipídica por Rth cultivada em hidrolisado hemicelulósico de eucalipto, alcançando-se relativo alto conteúdo lipídico 64,2%. Estudos em modo turbidostato mostraram que os perfis de produção de biomassa e lipídios se alteraram de acordo com o substrato (xilose, glicerol ou ácido acético) e a razão molar C/N utilizada (60, 80, 100, 120). Os cultivos com ácido acético favoreceram a produção de biomassa (rendimento de 0,473 g/g). Já os cultivos realizados com glicerol proporcionou maior produtividade específica de lipídios (0,085 g/(g·h)). Cultivos contínuos com xilose apresentaram maior conteúdo lipídico (60%) e de carotenoides dentre todos os cultivos em turbidostato. Assim, este trabalho adaptou a levedura R. toruloides em duas estratégias com sucesso, levantou a possibilidade de utilização da fração hemicelulósica de eucalipto ou de bagaço da cana de açúcar como fonte de carbono para o cultivo de R. toruloides e estudou estratégias de cultivo com intuito de se alcançar maiores rendimentos lipídicos

Abstract: One partial solution for sustainable development is the biofuel utilization, among them the biodiesel. But biodiesel is not yet a fully sustainable and economically viable fuel due to its high cost of production and use of food sources as raw material. This situation can be overcome by...

Abstract: One partial solution for sustainable development is the biofuel utilization, among them the biodiesel. But biodiesel is not yet a fully sustainable and economically viable fuel due to its high cost of production and use of food sources as raw material. This situation can be overcome by using microbial oil instead vegetal ones. However, microbial oil production is still more expensive when compared to vegetal oil, mainly due to the use of high cost conventional substrates (mainly glucose). The use of hemicellulose hydrolysates is a cheaper alternative to these conventional substrates but it may contain inhibitors that affect microbial development and contribute to low lipid content. Thus, obtaining yeast capable of growing in these hydrolysates can contribute to the viability of biodiesel production from microbial oil. Adaptive laboratory evolution (ALE) is a strategy to obtain a robust yeast strain. However, there is no established methodology for this technique, with a duality regarding the its execution, with or without clone selection. The present work aimed to perform this ALE of the yeast Rhodotorula toruloides in sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate containing high concentrations of inhibitors using strategies with and without clone selection, and a criterion for passing strains to highest concentrations of hydrolysate in media: the specific maximum growth rate. The possibility of using the hemicellulose fraction of eucalyptus as a carbon source and the effect of substrates and C/N ratio in the continuous cultivation of this yeast were also studied. The two ALE strategies were effective. The strain obtained in ALE with heterogeneous culture (Rth) showed higher kinetic values and productivity values than both parental strain and the strain obtained with ALE with clone selection (Rtc). Rth showed µmax 55% higher in relation to parental strain and higher cell production and lipid content (6.51 g/l and 60%, respectively). Moreover, a Rth cultivation in agitated tank bioreactor using hemicellulosic hydrolyzate reached a lipid content of 58.2%. The possibility of lipid production by Rth cultivated in eucalyptus hemicellulosic hydrolyzate was confirmed, with a relative high lipid content of 64.2%. The possibility of lipid production by R. toruloides cultivated in eucalyptus hemicellulose hydrolysate was confirmed, reaching a relative high lipid content of 50%. Turbidostat mode studies showed that the biomass and lipid production profiles changed according to the substrate (xylose, glycerol or acetic acid) and the applied C/N ratio (60, 80, 100, 120). Continuous cultivation with acetic acid favored biomass production (yield of 0.473 g/g). Cultivations carried out with glycerol in turbidostat mode provided higher specific lipid productivity (0.085 g/(g·h)). Continuous cultivations using xylose resulted in the highest lipid content (60%) and carotenoids production. Thus, this work was successful in adapting the R. toruloides with two ALE strategies, raised the possibility of using the hemicellulose fraction of eucalyptus or sugarcane bagasse as a carbon source for the cultivation of R. toruloides and studied cultivation strategies in order to achieve higher lipid yields

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