Estudo sobre interações entre leveduras Saccharomyces cerevisiae nas fermentações em batelada alimentada em altas temperaturas

Abstract

Fermentações sucessivas com alta densidade celular são realizadas em Usinas de produção de etanol no Brasil e devido às dificuldades de esterilização, bactérias e leveduras selvagens competem entre si por nutrientes e pela dominância no processo. O objetivo do presente estudo consistiu em melhorar as condições de clarificação do melaço, propagação e fermentação da linhagem de levedura Saccharomyces cerevisiae do laboratório IQAr/45-2, visando a maior produção de etanol sem perda de viabilidade nos processos com e sem reutilização celular. Estudou-se também as associações entre a levedura IQAr/45-2 e as leveduras industriais (PE-2, CAT-1 e SA-1). Para a clarificação do melaço variou-se o acidulante (fosfato e ácido sulfúrico), pH inicial do melaço, temperatura e tempo de decantação, com intuito de levar a uma maior remoção de impurezas presente nesta matéria-prima. A melhor condição de propagação para levedura IQAr/45-2 consistiu em três etapas de concentrações crescentes de açúcar no melaço (4%, 8% e 12%) à 30°C com agitação (100 rpm). Esta condição de propagação levou a um rendimento de biomassa de 6,1g.L-1. Elevando-se a temperatura para 37°C, o tempo de propagação de cada etapa pode ser reduzido para 12h (cada) à custa de um aumento em uma etapa (melaço 3%, 5%, 8% e 12%), com biomassa variando de acordo com a levedura: 7,6g.L-1 para PE-2, 6,7g.L-1 para SA-1, 6,4g.L-1 para CAT-1 e 2,5g.L-1 para IQAr/45-2. Apesar de apresentar um menor crescimento a 37°C, a levedura IQAr/45-2 não mostrou instabilidade genética em meios cromogênios diferenciais. Para otimizar as condições de fermentação da levedura IQAr/45-2 em mini-reatores variou-se o tempo e fluxo de alimentação, temperatura e concentração de açúcar no mosto de alimentação visando um maior rendimento...

Successive fermentations at high cell densities and cell reuse currently take part of the routine of Brazil distilleries for fuel ethanol production. Due to difficulties related to sterilization, bacteria and Saccharomyces and non-Saccharomyces yeasts compete with each other for nutrients and dominance of the process. The aim of the present work is to optimize and improve processes for molasses clarification, inoculum propagation, fermentation conditions and storage of Saccharomyces cerevisiae IQAr/45-2 between fermentation cycles with and without revitalization in order to minimize losses in ethanol production and viability during repetitive fermentations. It was also studied associations between the strain IQAr/45-2 and industrial yeasts (PE-2, CAT-1 and SA-1). In order to improve conditions for molasses clarification, acidification agents (phosphate and sulfuric acid), initial pH, temperature and decantation time were varied during the experiments. The best propagation condition for the strain IQAr/45-2 consisted on three consecutive steps of growth in increasing sugar concentrations (4%, 8% and 12%) at 30°C with agitation (100 rpm). Under these conditions, the biomass accumulated at the end of the propagation was 6.1 g.L-1. On the other hand, raising the propagation temperature from 30°C to 37°C, the time of each step decreased from 24h to 12h, while the biomass formed at the end of the entire propagation varied with the strain as follows: 7,6 g.L-1 for PE-2, 6,7g.L-1 for SA-1, 6,4g.L-1 for strain CAT-1 e 2,5g.L-1for strain IQAr/45-2. Any genetic instability occurred, as shown by the colonies formed on the differential chromogenic medium, when samples from the final culture propagated at 37°C were plated. Optimization of the fermentation conditions for the strain IQAr/45-2 was established in mini-reactors... (Complete abstract click electronic access below)