Uso de Microorganismos na Produção de Álcool

Uso de Microorganismos na
Produção de Álcool.
Microorganismos são fontes ricas de produtos
naturais,
podem
ser
usadas
como
combustíveis, produtos químicos: polímeros e
drogas.
A habilidade de manipular o metabolismo
microbiano depende do seu entendimento e
monitoramento de muitas variáveis destes.
Bactérias
Primitivos
Organismos unicelulares
Procariontes – não possuem núcleo ou organelas especializadas
Anaeróbicos – sem presença de oxigênio
Anaeróbicos facultativos
Aeróbicos
Formas:
Glicólise
Conhecida como fermentação.
Degradação anaeróbica da glicose para
produzir
ácido
láctico
(fermentação
homoláctica).
Fermentação anaeróbica é o tipo mais
primitivo de mecanismo biológico para
obtenção de energia
Organismos superiores retiveram esta
capacidade para a degradação da glicose até
a lactato, que se tornou uma via preparatória
no catabolismo aeróbico da glicose.
Fermentação Alcoólica
Inicia com glicólise
Duas moléculas de ácido pirúvico e duas
moléculas de ATP
Próxima reação: acido pirúvico convertido em
duas moléculas de acetaldeído, que são reduzidas
por duas moléculas de NADH para formar duas
moléculas de etanol.
Processo de baixo rendimento energético porque
a maioria da energia contida na molécula de
glicose original permanece no etanol, o produto
final.
O produto final (etanol e CO2) são resíduos para
as células leveduriformes.
FUNGOS
Organismos unicelulares (leveduras),
filamentosos (bolores) ou multicelulares
(cogumelos)
Eucariontes – possuem núcleo e organelas
Bolores: os mais comuns, aspecto de algodão
sobre pães ou frutas – micélio (hifas) que se
ramificam ou expandem
Alimentação: absorção de soluções de
matéria orgânica de seu ambiente (solo, água
do mar, água doce, um animal ou planta
hospedeira).
Penicillium
Amanita – cogumelo tóxico
Rhizopus
Cogumelo Chanterel - é um dos mais famosos na
categoria dos comestíveis. O sabor é requintado,
lembrando frutas, remonta desde o tempo dos
Romanos.
Leveduras
Saccharomyces cerevisae – fungo responsável
pelo crescimento do pão
Após a mistura com a água, o amido da
farinha é quebrado por uma enzima em dois
açúcares, maltose e glicose.
Fermentação – processo secundário oriundo
do metabolismo dos açúcares com a
levedura – produção de álcool (etanol) e
dióxido de carbono
O CO2 é retido em bolhas na massa e há o
crescimento
O etanol evapora durante o cozimento
Saccharomyces cerevisae
brotamento
6000-2000 AC Produção de cerveja (Suméria e Babilônia); levedação do pão (Egito)
1680 Observação microscópica de leveduras (por van Leeuwenhoek)
1835 Associação da fermentação alcoólica a leveduras
1837 Utilização do nome Saccharomyces cerevisiae para designar leveduras observadas no malte
1839 Identificação do açúcar como nutriente para o crescimento da levedura
1857 Estabelecimento da relação entre a fermentação e o metabolismo de leveduras (por Pasteur)
1876 “Estudos sobre a levedura da cerveja” (por Pasteur)
1877 Introdução do termo “enzima” (do Grego) em leveduras (Kühne)
1880 Isolamento de células de levedura e utilização de estirpes puras para produção de cerveja
1883 Recuperação de álcool e dióxido de carbono de extratos livres de células (Hansen)
1915 Produção de glicerol
1920 Revisão da fisiologia da levedura (por Guilliermond)
1928 Descoberta da Penicilina (por Fleming) – fungo filamentoso
1949 Primeiro mapa genético da levedura da cerveja (por Lindegren); Demonstração da reprodução
sexuada e sistema de reprodução na levedura
1930-1960 Taxonomia da levedura (por Kluyver)
1978 Primeira transformação de leveduras (por Hinnen, Hicks e Fink)
1990-1994 Produção do primeiro produto farmacêutico comercial (vacina da Hepatite C) partindo
de células de levedura com o DNA recombinado
1996 Disponibilização da sequência completa do genoma da levedura
Grande Problema – o que fazer
com os refugos?
Dada a crescente procura de bicombustíveis, há uma
necessidade urgente de investigar alternativas novas e
mais eficientes para sua produção. Pesquisas sobre
cepas industriais de S. cerevisiae CAT-1, PE-2, BG-1,
SA-1 e Y904) somente para a produção de etanol.
◦ Brasil - 34% da produção mundial.
◦ 304 Usinas e Destilarias.
◦ Safra 2006/2007 – 426 milhões de toneladas de açúcar.
Gerando aproximadamente 102 milhões de toneladas de
bagaço.
◦ São Paulo maior produtor: 264 milhões/t de cana e 63
milhões/t de bagaço.
Fonte: Macedo (2007), UNICA (2007)
Toda a indústria brasileira de etanol é baseada hoje no caldo
de cana, que contém somente 1/3 da energia da planta.
Os outros 2/3 estão no bagaço (metade do qual é queimado
para produzir energia) e na palha da cana (geralmente
queimada ou deixada no campo), que poderiam servir como
fonte de celulose.
O uso desse material para produção de etanol seria uma
alternativa para aumento da produção de álcool sem
aumentar a área plantada de cana.
O aproveitamento dessa biomassa contribuirá para eliminar
o problema das queimadas uma vez que hoje apenas algumas
usinas aproveitam parte do bagaço para geração de energia
em geradores específicos.
O Estado de São Paulo (23/06/2008)
O álcool pode ser obtido de diversas formas de
biomassa, sendo a cana-de-açúcar a realidade
econômica atual.
Investimentos
portentosos
estão
sendo
efetuados para viabilizar a produção de álcool a
partir de celulose, sendo estimado que, em 2020,
cerca de 30 bilhões de litros de álcool poderiam
ser obtidos desta fonte, apenas nos EUA.
O benefício ambiental associado ao uso de álcool
é enorme, pois cerca de 2,3 t de CO2 deixam de
ser emitidas para cada tonelada de álcool
combustível utilizado, sem considerar outras
emissões, como o SO2.
Os Estados Unidos estão apostando pesadamente na rota de
transformação da celulose em etanol.
Lá se extrai o álcool do sabugo e da palha de milho, resíduos
descartados do aproveitamento do grão usado para
obtenção de etanol além de outros resíduos agro-florestais.
Uma das diferenças entre a produção norte-americana e a
brasileira é que aqui o etanol de celulose vai agregar milhões
ou bilhões de litros ao álcool produzido da sacarose que já é
distribuído nos postos de combustível.
Outra diferença a favor do Brasil está no custo de produção
do etanol entre os dois países. Enquanto o do milho dos
Estados Unidos fica em US$ 0,39 o litro, o do caldo de cana
custa US$ 0,21.
Biotecnologia Agrícola (03/04/2007)
Outros meios de obtenção de
biodiesel
•
A conversão lignocelulósicos , bem como o uso do óleo de
reserva de algas na produção de biodiesel estão sendo
investigados. Estas abordagens são muito promissoras e darão
abundantes matérias-primas não alimentares para a produção
de bicombustíveis e benefícios ao meio ambiente ganhos de
energia líquida.
Apesar de muitos microrganismos serem capazes de
metabolizar o glicerol na presença de aceptores de elétrons
externos (metabolismo respiratório), poucos são capazes de
fazê-lo fermentativamente (isto é, na ausência de receptores de
elétrons).
A fermentação metabólica do glicerol tem sido relatada em
espécies dos gêneros Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter,
Clostridium,
Lactobacillus,
Bacillus,
Propionibacterium,
e
Anaerobiospirillum. No entanto, o potencial de utilização destes
organismos a nível industrial pode ser limitada devido a
questões que incluem a patogenicidade.