Uso de Microorganismos naProdução de Álcool.

� Microorganismos são fontes ricas de produtosnaturais, podem ser usadas comocombustíveis, produtos químicos: polímeros edrogas.

� A habilidade de manipular o metabolismomicrobiano depende do seu entendimento emonitoramento 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 (fermentaçãohomoláctica).

� Fermentação anaeróbica é o tipo maisprimitivo de mecanismo biológico paraobtenção de energia

� Organismos superiores retiveram estacapacidade para a degradação da glicose atéa lactato, que se tornou uma via preparatóriano 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 reduzidaspor duas moléculas de NADH para formar duasmoléculas de etanol.

� Processo de baixo rendimento energético porquea maioria da energia contida na molécula deglicose original permanece no etanol, o produtofinal.

� O produto final (etanol e CO2) são resíduos paraas 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 Rhizopus

Amanita – cogumelo tóxicoCogumelo 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 debiomassa, sendo a cana-de-açúcar a realidadeeconômica atual.

� Investimentos portentosos estão sendoefetuados para viabilizar a produção de álcool apartir de celulose, sendo estimado que, em 2020,cerca de 30 bilhões de litros de álcool poderiamser obtidos desta fonte, apenas nos EUA.

� O benefício ambiental associado ao uso de álcoolé enorme, pois cerca de 2,3 t de CO2 deixam deser emitidas para cada tonelada de álcoolcombustível utilizado, sem considerar outrasemissões, 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 dereserva de algas na produção de biodiesel estão sendoinvestigados. Estas abordagens são muito promissoras e darãoabundantes matérias-primas não alimentares para a produçãode bicombustíveis e benefícios ao meio ambiente ganhos deenergia líquida.

� Apesar de muitos microrganismos serem capazes demetabolizar o glicerol na presença de aceptores de elétronsexternos (metabolismo respiratório), poucos são capazes defazê-lo fermentativamente (isto é, na ausência de receptores deelétrons).

� A fermentação metabólica do glicerol tem sido relatada emespécies dos gêneros Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter,Clostridium, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, eAnaerobiospirillum. No entanto, o potencial de utilização destesorganismos a nível industrial pode ser limitada devido aquestões que incluem a patogenicidade.