Identificação e caracterização de consórcios microbianos produtores de hidrogênio e outros coprodutos a partir de vinhaça de cana-de-açúcar, após pré-tratamento do inóculo
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Data
2019-11-19Orientador
Paesi, Suelen Osmarina
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A utilização de hidrogênio como combustível é considerada uma alternativa promissora para as próximas décadas, por ser uma fonte limpa de energia e produzir apenas água como produto de sua combustão. A produção biológica de hidrogênio pode ser realizada utilizando diversos resíduos agroindustriais. Entre estes resíduos encontra-se a vinhaça que é proveniente da produção de etanol, sendo gerado em proporções de 12 a 15 litros para cada litro de etanol produzido. Atualmente, a vinhaça é utilizada principalmente como fertilizante, no próprio cultivo da cana-de-açúcar, no entanto, os órgãos ambientais estão limitando a quantidade de vinhaça que pode ser aplicada ao solo devido ao seu alto poder poluente. O processo de conversão da vinhaça em hidrogênio pode ser realizado utilizando culturas puras ou consórcios microbianos. O uso de consórcios pode ser mais vantajoso, pois são mais simples de manusear e não requer meios estéreis. No entanto, alguns microrganismos contidos nos consórcios podem ser consumidores de H2, o que torna necessário submeter o inóculo a um pré-tratamento para suprimir a atividade destas bactérias. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar três métodos de pré-tratamento térmico do inóculo para a produção de hidrogênio e ácidos graxos voláteis a diferentes valores iniciais de pH, utilizando a vinhaça como substrato e, comparar a composição da comunidade microbiana. Os ensaios para a produção de H2 foram realizados utilizando vinhaça a 37°C, com os seguintes pré tratamentos do inóculo: 90°C/10min; 105°C/120min e 120°C/20min. O efeito da concentração de vinhaça e do pH inicial (5, 6 e 7) e a produção de ácidos também foram avaliados. As comunidades microbianas foram analisadas por isolamento, PCR-DDGE e sequenciamento de alto desempenho dos genes 16S e 18S rRNA. O aumento da concentração de vinhaça afetou positivamente a produção de hidrogênio, sendo a produção máxima de hidrogênio (Hmax) (821,34 mL) e rendimento (4,75 mmol H2 g -1COD) obtida utilizando-se vinhaça não diluída a pH 6 e pré-tratamento do inóculo 90°C/10min (T1). Os ensaios T2 (105° C/120 min pH 5) e T3 (121°/20 min pH 6) produziram 687,58 mL e 697,68 mL respectivamente. Nos experimentos com a melhor produção de H2, a rota metabólica butírica foi favorecida. O maior número de cópias do gene da Fe-hidrogenase está correlacionado com a amostra da maior produção de H2. Isolamento e PCR-DGGE mostraram a presença de microrganismos anaeróbios facultativos (Bacillus e Enterobacter) e Clostridium nas comunidades microbianas. As análises do sequenciamento de alto desempenho revelaram alta prevalência do gênero Clostridium nas amostras pré tratadas, com predominância de Firmicutes, Outros gêneros, como Bacillus, Syntrophomonas, Geobacter, Syntrophus e Sulfurimonas, também foram detectados no ensaio de maior produção de H2 (T1). A análise do gene 18S rRNA para o ensaio T1, mostrou a prevalência de Candida (47%) e também a presença de Agaricomycetes,
ezizomycotina e Aspergillus. Os resultados deste estudo mostram a 12 prevalência de Clostridiaceae nos 3 ensaios (T1, T2 e T3) e, diminuição da diversidade microbiana com o aumento das temperaturas dos pré tratamentos. O ensaio T1 (T90 pH 6) de melhor desempenho favoreceu os microrganismos descritos como produtores de H2. Os resultados deste estudo mostram a complexidade dos consórcios microbianos com o envolvimento de bactérias e fungos, sugerindo a necessidade de interações entre estes na produção de hidrogênio e ácidos graxos voláteis a partir degradação da vinhaça in natura, tornando o processo ecologicamente sustentável. [resumo fornecido pelo autor]