Uso de Microorganismos na Produção de Álcool.

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1 Uso de Microorganismos na Produção de Álcool.

2 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.

3 Bactérias Primitivos Organismos unicelulares Procariontes não possuem núcleo ou organelas especializadas Anaeróbicos sem presença de oxigênio Anaeróbicos facultativos Aeróbicos Formas:

4 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.

5 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 CO 2 ) são resíduos para as células leveduriformes.

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9 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).

10 Penicillium Rhizopus Amanita cogumelo tóxico Cogumelo Chanterel - é um dos mais famosos na categoria dos comestíveis. O sabor é requintado, lembrando frutas, remonta desde o tempo dos Romanos.

11 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 CO 2 é retido em bolhas na massa e há o crescimento O etanol evapora durante o cozimento

12 Saccharomyces cerevisae brotamento

13 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 Taxonomia da levedura (por Kluyver) 1978 Primeira transformação de leveduras (por Hinnen, Hicks e Fink) 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

14 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/ 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)

15 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)

16 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.

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18 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)

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20 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.

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