Biorreator para etanol de segunda geração
Uma planta piloto hidrolisa bagaço de cana e fermenta o hidrolisado com levedura recombinante capaz de consumir glicose e xilose. O hidrolisado contém 60 g/L de glicose, 30 g/L de xilose e 4 g/L de compostos inibidores (furfural e ácido acético). Em batelada de 48 h, o rendimento caiu para 0,32 g etanol/g açúcar, contra 0,46 esperado, e a conversão de xilose ficou em 35%. A produtividade volumétrica é 1,1 g/L·h. A equipe propõe aumentar a carga de sólidos na hidrólise para elevar a concentração de açúcares e reduzir o custo de destilação. O orçamento permite um único experimento de 20 L antes da decisão de escala.
1. Avalie se aumentar a carga de sólidos é a decisão mais segura e proponha o experimento único.
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Aumentar sólidos eleva açúcares, mas também concentra inibidores, que já explicam o rendimento baixo e a conversão parcial de xilose. O rendimento de 0,32 contra 0,46 indica perda de cerca de 30% do potencial, provavelmente por inibição e estresse osmótico. Elevar a carga sem destoxificação tende a piorar a fermentação e a aumentar a pressão osmótica. O experimento único mais informativo é um ensaio em 20 L com o hidrolisado na concentração atual, comparando, em duplicata interna, fermentação sem tratamento e com destoxificação branda (ajuste de pH e carvão ou overliming), medindo açúcares, etanol, inibidores e viabilidade. Isso quantifica o ganho por destoxificação antes de decidir por maior carga de sólidos.
2. Defina critérios de sucesso e como eles mudariam a decisão de escala.
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Sucesso: rendimento ≥ 0,42 g/g, conversão de xilose ≥ 70%, produtividade ≥ 1,5 g/L·h e inibidores reduzidos sem perda de açúcar. Se atingido com destoxificação, a escala deve incluir essa etapa e pode-se então testar maior carga de sólidos. Se não, a decisão deve ser rever a linhagem ou a estratégia de hidrólise, pois aumentar sólidos apenas agravaria a inibição. Também se deve calcular o custo do tratamento por litro e a carga térmica na destilação, comparando com o ganho de concentração.