{"id":3816,"date":"2014-07-28T21:00:06","date_gmt":"2014-07-28T21:00:06","guid":{"rendered":"https:\/\/espacoecologico.com.br\/arquivo\/?p=3816"},"modified":"2014-07-27T17:58:59","modified_gmt":"2014-07-27T17:58:59","slug":"etanol-de-segunda-geracao-depende-do-aprimoramento-de-enzimas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/espacoecologico.com.br\/arquivo\/etanol-de-segunda-geracao-depende-do-aprimoramento-de-enzimas\/","title":{"rendered":"Etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o depende do aprimoramento de enzimas"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>O etanol encontrado nos postos em todo o Brasil \u00e9 produzido a partir do caldo da cana-de-a\u00e7\u00facar. A sacarose contida nesse l\u00edquido alimenta a levedura Saccharomyces cerevisiae, que a converte no biocombust\u00edvel. Mas a cana tamb\u00e9m cont\u00e9m a\u00e7\u00facares no baga\u00e7o e na palha que podem ser utilizados para produzir o chamado etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o (2G). O problema \u00e9 acessar esses a\u00e7\u00facares, que est\u00e3o “aprisionados” em estruturas complexas presentes nos vegetais.<\/p>\n

As pe\u00e7as-chave para vencer esse desafio s\u00e3o as enzimas do tipo celulase, produzidas principalmente por fungos. Elas decomp\u00f5em a celulose da parede vegetal, o que gera a\u00e7\u00facares que podem ser fermentados pela Saccharomyces cerevisiae. Fazer isso funcionar de modo eficiente em escala industrial, no entanto, \u00e9 tarefa que vem ocupando muitos cientistas, t\u00e9cnicos e engenheiros.<\/p>\n

No \u00e2mbito industrial, as enzimas j\u00e1 s\u00e3o empregadas na fabrica\u00e7\u00e3o do etanol de milho para extrair os a\u00e7\u00facares do amido. Este, contudo, pode ser dissolvido em \u00e1gua, formando uma solu\u00e7\u00e3o homog\u00eanea na qual as enzimas agem facilmente. Em contrapartida, as mat\u00e9rias-primas do etanol 2G s\u00e3o s\u00f3lidas e n\u00e3o sol\u00faveis. Assim, as enzimas t\u00eam que atuar numa intera\u00e7\u00e3o entre s\u00f3lido e l\u00edquido, o que confere\u00a0 mais complexidade ao processo.<\/p>\n

Coquet\u00e9is enzim\u00e1ticos<\/b><\/p>\n

Por causa disso, a decomposi\u00e7\u00e3o da celulose em glicose exige coquet\u00e9is com at\u00e9 20 celulases diferentes oriundas de tr\u00eas grupos: endoglicanases, exoglicanases e betaglicosidases. As primeiras rompem pontos da cadeia de celulose, o que abre caminho para a a\u00e7\u00e3o das segundas, as quais promovem novas quebras gerando celobiose. Esta cont\u00e9m duas mol\u00e9culas de glicose ligadas. Cabe, ent\u00e3o, \u00e0s betaglicosidases separ\u00e1-las gerando o a\u00e7\u00facar dispon\u00edvel para fermenta\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

N\u00e3o basta analisar as enzimas individualmente, a intera\u00e7\u00e3o entre elas tamb\u00e9m \u00e9 determinante para a viabilidade do processo. “Quando as estamos analisando individualmente, j\u00e1 temos que pensar tamb\u00e9m em junt\u00e1-las, na sinergia entre elas”, ressalta Armindo Gaspar, gerente de Pesquisa e Desenvolvimento da companhia dinamarquesa Novozymes. Uma vez identificado o potencial de um grupo de enzimas, come\u00e7a o trabalho de fazer um \u00fanico microrganismo produzir todas elas do modo mais eficiente poss\u00edvel. Depois, o desafio \u00e9 conseguir essa mesma efici\u00eancia em escala industrial. Esse processo leva de seis a nove anos.<\/p>\n

Tudo isso tem impacto no pre\u00e7o das enzimas e, consequentemente, do etanol 2G. De acordo com a Novozymes, o desenvolvimento tecnol\u00f3gico j\u00e1 conseguiu reduzir o custo do produto a 15% do que era no in\u00edcio dos anos 2000. Com isso, algumas plantas industriais j\u00e1 come\u00e7am a operar pelo mundo. No Brasil, duas usinas para produ\u00e7\u00e3o do biocombust\u00edvel a partir de res\u00edduos da cana-de-a\u00e7\u00facar est\u00e3o em processo de instala\u00e7\u00e3o em Alagoas e em S\u00e3o Paulo.<\/p>\n

Apesar dos avan\u00e7os, a necessidade de incrementar a tecnologia enzim\u00e1tica para etanol 2G continua alta. O grupo da Universidade Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar) em que atua o professor Paulo Tardioli est\u00e1 obtendo bons resultados nos estudos para aumentar o volume de a\u00e7\u00facares extra\u00eddos da biomassa que podem ser fermentados.<\/p>\n

A parede vegetal \u00e9 composta basicamente de tr\u00eas elementos: lignina, hemicelulose e celulose. Os dois \u00faltimos possuem a\u00e7\u00facares, mas a levedura Saccharomyces cerevisiae n\u00e3o consegue consumir o tipo que \u00e9 obtido a partir da hemicelulose, a xilose. A estrat\u00e9gia dos pesquisadores da UFSCar \u00e9 transform\u00e1-la em uma mol\u00e9cula que a levedura possa fermentar. Isso \u00e9 feito por meio de um processo chamado isomeriza\u00e7\u00e3o, no qual entra em cena mais uma enzima, a xilose isomerase.<\/p>\n

O processo de produ\u00e7\u00e3o do etanol 2G come\u00e7a com o pr\u00e9-tratamento qu\u00edmico da biomassa, no qual os tr\u00eas elementos podem ser separados. A celulose \u00e9 encaminhada, ent\u00e3o, para a segunda etapa, a hidr\u00f3lise enzim\u00e1tica, momento em que o coquetel de enzimas \u00e9 utilizado para obter a glicose. A t\u00e9cnica em desenvolvimento na UFSCar prev\u00ea um processo de hidr\u00f3lise paralelo utilizando como mat\u00e9ria-prima a xilana obtida da hemicelulose, que \u00e9 convertida em xilose e, posteriormente, em xilulose. Esta nova mol\u00e9cula vai para o tanque de fermenta\u00e7\u00e3o junto com a glicose, aumentando a quantidade de a\u00e7\u00facares obtidos da biomassa dispon\u00edveis para fermenta\u00e7\u00e3o. De acordo com Tardioli, o desenvolvimento dessa tecnologia est\u00e1 bastante adiantado na Universidade e j\u00e1 gerou dep\u00f3sito de patente.<\/p>\n

Reutiliza\u00e7\u00e3o de enzimas<\/b><\/p>\n

Um dos gargalos para a viabilidade econ\u00f4mica das enzimas \u00e9 o seu descarte no fim do processo. A solu\u00e7\u00e3o pode estar numa linha de pesquisa promissora, embora ainda pouco explorada: a imobiliza\u00e7\u00e3o das enzimas. Essa t\u00e9cnica permite reutiliz\u00e1-las, reduzindo o impacto de seu custo no pre\u00e7o do etanol. O princ\u00edpio \u00e9 simples: em seu formato original as enzimas s\u00e3o sol\u00faveis em \u00e1gua e com ela s\u00e3o descartadas no fim do processo. A resposta encontrada para o problema foi acoplar \u00e0 enzima uma mol\u00e9cula que possa ser retida por meio de filtra\u00e7\u00e3o, ou outro m\u00e9todo de separa\u00e7\u00e3o, antes do descarte dos efluentes. No entanto, o processo de imobiliza\u00e7\u00e3o tamb\u00e9m gera despesas, o que traz para os cientistas o desafio de torn\u00e1-lo t\u00e3o eficiente a ponto de compensar financeiramente.<\/p>\n

Outro desafio \u00e9 o fato de as enzimas terem de atuar sobre um substrato s\u00f3lido. “Muitos trabalhos obtiveram sucesso no uso de celulases imobilizadas para a hidr\u00f3lise de substratos sol\u00faveis, mas h\u00e1 pouqu\u00edssimos relatos da aplica\u00e7\u00e3o desses biocatalisadores empregando substratos s\u00f3lidos”, diz a pesquisadora Dasciana Rodrigues, da Embrapa Agroenergia.<\/p>\n

Na UFSCar, os melhores resultados t\u00eam sido obtidos com a imobiliza\u00e7\u00e3o de um dos tipos de enzimas do coquetel enzim\u00e1tico. Trata-se da betaglicosidase, que \u00e9 respons\u00e1vel pela etapa final do processo de hidr\u00f3lise. A imobiliza\u00e7\u00e3o dessa \u00fanica enzima poderia ser vantajosa porque \u00e9 comum que ela tenha de ser suplementada nos coquet\u00e9is enzim\u00e1ticos. As pesquisas, no entanto, est\u00e3o em fase inicial.<\/p>\n

A Embrapa Agroenergia tamb\u00e9m est\u00e1 investindo nas pesquisas com imobiliza\u00e7\u00e3o, mas buscando reaproveitar todas as enzimas dos coquet\u00e9is. Os cientistas est\u00e3o tentando aprision\u00e1-las a part\u00edculas s\u00f3lidas ou mesmo agrup\u00e1-las, de modo que seja poss\u00edvel recuper\u00e1-las empregando processos de separa\u00e7\u00e3o. O primeiro desafio, mais uma vez, \u00e9 fazer com que, mesmo imobilizadas, as celulases possam agir sobre a biomassa s\u00f3lida.<\/p>\n

Por meio de um projeto de pesquisa financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient\u00edfico e Tecnol\u00f3gico (CNPq), a equipe liderada pela pesquisadora Dasciana Rodrigues, da Embrapa Agroenergia, testou tr\u00eas estrat\u00e9gias de imobiliza\u00e7\u00e3o. A primeira consistiu em ligar as celulases a um suporte s\u00f3lido constitu\u00eddo de quitosana, material obtido da carapa\u00e7a de frutos do mar. T\u00e9cnica semelhante foi adotada na segunda estrat\u00e9gia, mas utilizando nanopart\u00edculas magn\u00e9ticas. Por fim, os cientistas promoveram o entrecruzamento das pr\u00f3prias enzimas, criando blocos que podem ser recuperados e reutilizados.<\/p>\n

O \u00faltimo m\u00e9todo mostrou-se promissor pela rapidez e baixo custo do processo, uma vez que dispensa o uso de suportes e os reagentes empregados j\u00e1 s\u00e3o amplamente conhecidos. A quitosana tamb\u00e9m teve efeito positivo, j\u00e1 que melhorou a estabilidade das celulases.<\/p>\n

Rendimento<\/b><\/p>\n

A equipe da Embrapa vai continuar investindo nessas pesquisas. Os testes de re\u00faso das primeiras celulases imobilizadas que foram obtidas revelam que, ap\u00f3s o primeiro ciclo de hidr\u00f3lise, aproximadamente 50 % da atividade inicial \u00e9 mantida.\u00a0 Os cientistas conseguiram utilizar as mesmas celulases imobilizadas pela terceira vez, com 25% da atividade inicial. Dasciana considera o resultado positivo: “sem a imobiliza\u00e7\u00e3o, esse insumo seria perdido ap\u00f3s a primeira utiliza\u00e7\u00e3o”.<\/p>\n

Entretanto, muitos avan\u00e7os ser\u00e3o necess\u00e1rios at\u00e9 que enzimas imobilizadas cheguem \u00e0s usinas. Um dos principais objetivos \u00e9 obter part\u00edculas muito pequenas mantendo ativas todas as enzimas que comp\u00f5em o complexo celulol\u00edtico, pois disso depende a efic\u00e1cia de celulases.<\/p>\n

Coquet\u00e9is sob medida<\/b><\/p>\n

Na Novozymes, as pesquisas est\u00e3o centradas na customiza\u00e7\u00e3o dos coquet\u00e9is enzim\u00e1ticos. “At\u00e9 hoje temos tido muitos produtos gen\u00e9ricos para serem usados em qualquer tipo de biomassa e pr\u00e9-tratamento. Estamos entrando agora numa fase em que vamos ter produtos mais dedicados a determinados casos”, explica o gerente de P&D para a Am\u00e9rica Latina da empresa, Armindo Gaspar.<\/p>\n

A diferen\u00e7a \u00e9 mais evidente entre as mat\u00e9rias-primas mais propensas a serem usadas nos v\u00e1rios pa\u00edses: baga\u00e7o e palha de cana no Brasil, palha de milho nos Estados Unidos, palha de trigo na Europa, sem contar os res\u00edduos florestais. Mesmo considerando res\u00edduos da mesma planta, \u00e9 diferente o modo como as enzimas atuam sobre o baga\u00e7o da cana cultivada no Centro-Sul ou no Nordeste, por exemplo. Pr\u00e9-tratamentos distintos tamb\u00e9m interferem.<\/p>\n

Gaspar acredita que a tecnologia tamb\u00e9m pode evoluir reduzindo a quantidade de enzimas que precisam ser utilizadas, permitindo a adi\u00e7\u00e3o de mais s\u00f3lidos nos tanques de fermenta\u00e7\u00e3o e reduzindo o tempo de rea\u00e7\u00e3o. Por fim, h\u00e1 o desenvolvimento de tecnologia para obten\u00e7\u00e3o de novos produtos, com maior valor agregado, a partir da biomassa.<\/p>\n

Leia tamb\u00e9m na revista XXI- Ci\u00eancia para a vida.<\/a><\/p>\n

Foto: Daniela Collares <\/i><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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