Aplicação de resíduo da agroindústria citrícola para a produção de hidrogênio utilizando culturas puras e mistas

RESUMO Nos últimos anos há um interesse crescente no uso de diversos resíduos agroindustriais. No Brasil, as indústrias de alimentos acumulam uma enorme quantidade de resíduos, principalmente as de processamento de frutos cítricos.Entre as possibilidades de valorização destes resíduos, a digestão anaeróbia é uma alternativa promissora na geração de energia renovável e controle da poluição. Nesse sentido, esse estudo avaliou a digestão anaeróbia de água residuária citrícola, visando à produção biológica de hidrogênio a partir de três inóculos: (1) Clostridium Acetobutylicum ATCC 824,(2) Clostridium Beijerinckii ATCC 10132 e (3) consórcio anaeróbio obtido da água residuária citrícola. O experimento foi realizado em 51h, em triplicatas de reatores anaeróbios em batelada, alimentados com 2 fontes distintas de carbono: glicose (10,7 g DQO L-1) e água residuária citrícola (10,0 g DQO L-1), headspace preenchido com N2 (99,99%), pH inicial 7,0 e mantidos a 37°C, sob modo estático. Nos reatores alimentados com glicose foram verificados geração de hidrogênio apenas com os inóculos 1 e 2, que foram, respectivamente, de 36,8 mmol L-1 e 64,1 mmol L-1. Nos reatores operados com água residuária citrícola foram obtidos 21,2; 15,7 e; 37,6 mmol H2 L-1 com os inóculos 1; 2 e 3, respectivamente. Além disso, foram verificadas gerações expressivas de etanol para todos os inóculos testados nos reatores alimentados com glicose. Na caracterização do consórcio anaeróbio citrícola foi verificado predomínio de bacilos Gram + e quantificados os gêneros de bactérias anaeróbias geradoras de H2 (UFC mL-1): Clostridium sp. (3x105), Bacteroides sp. (4x105), Lactobacillus sp. (4x105), Streptococcus sp. (5x104), e Veillonella sp. (3x105), revelando diversidade elevada de bactérias anaeróbias produtoras de hidrogênio presentes na água residuária agroindustrial. Tais resultados ressaltam que a geração de hidrogênio pode ocorrer em vias metabólicas distintas com consequente favorecimento na geração de biocombustíveis como etanol ou butanol.

The significance of aspartate on NAD(H) biosynthesis and ABE fermentation in Clostridium acetobutylicum ATCC 824

The co-factor NADH plays an important role in butanol biosynthesis. In this study, we found that aspartate could effectively improve the butanol production of Clostridium acetobutylicum ATCC 824. Further study showed that aspartate could be used as the precursor of NADH de novo synthesis in C. acetobutylicum ATCC 824. When 2 g/L aspartate was added, the transcription levels of essential genes (nadA, nadB and nadC) for NADH de novo synthesis were significantly higher than that of without aspartate addition. The levels of intracellular NAD+, NADH, total NAD(H) and the ratio of NADH/NAD+ were also significantly increased, which were 63.9 ± 8.0%, 85.0 ± %, 77.7 ± 8.0% and 12.7 ± 2.9% higher than those of without aspartate addition, respectively. Furthermore, the butanol production was improved by overexpressing the NADH de novo synthesis genes, and the fermentation performance could be further enhanced by strengthening the VB1 biosynthesis and NADH de novo synthesis pathway simultaneously. As a result, the butanol titer of the engineered strain 824(thiCGE–nadC) reached 13.96 ± 0.11 g/L, 7.2 ± 0.4%, 18.1 ± 0.1%, 34.1 ± 0.1% higher than that of 824(thiCGE), 824(nadC) and the wild type strain, respectively. This study has a reference value for the NADH related researches of other microbes, and the engineering strategy used in this study provides a new idea for construction of efficient fuel-producing strains.

Optimisation of Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) for Biobutanol Production Using Pretreated Oil Palm Empty Fruit Bunch

This study was conducted in order to optimise simultaneous saccharification and fermentation (SSF) for biobutanol production from a pretreated oil palm empty fruit bunch (OPEFB) by Clostridium acetobutylicum ATCC 824. Temperature, initial pH, cellulase loading and substrate concentration were screened using one factor at a time (OFAT) and further statistically optimised by central composite design (CCD) using the response surface methodology (RSM) approach. Approximately 2.47 g/L of biobutanol concentration and 0.10 g/g of biobutanol yield were obtained after being screened through OFAT with 29.55% increment (1.42 fold). The optimised conditions for SSF after CCD were: temperature of 35 °C, initial pH of 5.5, cellulase loading of 15 FPU/g-substrate and substrate concentration of 5% (w/v). This optimisation study resulted in 55.95% increment (2.14 fold) of biobutanol concentration equivalent to 3.97 g/L and biobutanol yield of 0.16 g/g. The model and optimisation design obtained from this study are important for further improvement of biobutanol production, especially in consolidated bioprocessing technology.