Anais 25ª JAI
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ANÁLISE DE DIFERENTES CONDIÇÕES OPERACIONAIS NA HIDRÓLISE E FERMENTAÇÃO DO AMIDO DE MANDIOCA
EVELIN KLAUCK 1, SERGIO LUIZ JAHN 2, JULIANA MACHADO GASPAROTTO3, LEANDRO BERNARDI WERLE 3, FLÁVIO DIAS MAYER3
O amido é considerado reserva energética de plantas amiláceas como a mandioca, ao ser tratado com ácido ou via enzimática suas frações de amilose e amilopectina hidrolisam lentamente originando dextrina, maltose e finalmente glicose. Em processos industriais de conversão de amido em açúcar fermentescível utilizam-se basicamente duas enzimas: α-amilase e glucoamilase. Além disso, quando a matéria-prima possui elevada quantidade de fibras, pode-se fazer uso da enzima celulase de forma a diminuir a interferência da fibra no meio. O processo de hidrólise enzimática do amido é realizado, segundo Reguly, em três etapas: gelatinização, liquefação e sacarificação. Na gelatinização os grânulos de amido hidratam e expandem, resultando no inchamento dos grãos e na solubilização da amilose. Durante a liquefação a viscosidade do meio diminui rapidamente e a etapa da sacarificação é responsável pela transformação completa do amido em glicose.
De maneira a contribuir com informações a respeito da hidrólise enzimática de amido de mandioca para fins de produção de álcool combustível, foram executados experimentos de forma a verificar-se o rendimento do processo de hidrólise e quais as melhores condições experimentais do processo. Na elaboração do planejamento, foram inicialmente enumeradas as variáveis de influência na hidrólise do amido de mandioca, como temperatura e pH do meio, concentração de substrato, concentração de enzimas, razão enzima/substrato e tempo. Destas, as variáveis analisadas foram a concentração de substrato, a concentração de alfa-amilase e a concentração de glucoamilase.
Duas séries de experimentos foram planejadas com o auxílio do programa Statistica. Nos experimentos utilizou-se como matéria prima mandioca do cultivar RS13, cedida pelo Laboratório de Fitotecnia. As enzimas α-amilase e glucoamilase foram cedidas pela empresa Novozymes. Na etapa da fermentação foi utilizada a levedura Saccharomyces cerevisiae proveniente de fermento biológico para panificação. A reação foi realizada em um biorreator de aço inoxidável de 5 L, com sistema de agitação e controle de temperatura, no Laboratório do PPGEPro da UFSM. As etapas do processo foram preparo da matéria-prima, gelatinização, liquefação, desativação da α-amilase, sacarificação, fermentação e destilação. Os açúcares convertidos na hidrólise foram medidos pela concentração de açúcares redutores nas amostras coletadas usando o método ADNS. A análise do processo de fermentação do hidrolisado foi realizada pela determinação da graduação de álcool presente na solução hidroalcoólica por densimetria.
A partir dos resultados obtidos nas séries de experimentos, foram construídas superfícies de resposta para as variáveis [S], [E1] e [E2] e sua relação com a conversão de amido em glicose. A primeira série apresentou rápida conversão, não sendo possível analisar gradualmente sua variação com o tempo, para tanto foi realizada a segunda série com menor concentração de alfa-amilase, porém esta não apresentou significância estatística. O acompanhamento da conversão de amido de mandioca pela ação da glucoamilase em função do tempo apresentou a maior conversão de amido de 74,0%. Comparou-se também os resultados através de uma taxa de conversão de amido, que normaliza todas as condições do meio reacional, sendo a maior taxa obtida. Os valores da conversão final para o processo de fermentação obtidos são consideravelmente maiores (33%, em média) que o somatório da conversão das etapas 1 e 2, à exceção dos que permaneceram inalterados.
Com a análise dos dados da Série 1 de experimentos observa-se que a concentração de α-amilase apresenta menor conversão de glicose que a glucoamilase, atuando como liquidificante do meio. Uma quantidade dez vezes maior de α-amilase atuando resulta em 23% a mais de conversão de substrato em glicose, já a glucoamilase apresenta maior conversão quão maior sua concentração. Fixando a quantidade de enzimas constata-se uma maior conversão para menores concentrações de substrato, a provável causa é a melhor homogeneização e interação entre o substrato e enzimas. Os valores da taxa de conversão permitem inferir que maiores conversões seriam alcançadas em um período maior de hidrólise. Para o processo sacarificação e fermentação simultâneas pode-se afirmar que a avaliação da conversão deve ser realizada ao final da fermentação, devido à inibição da atividade da glucoamilase pela glicose formada, sabendo-se que a retirada de glicose do meio permite a continuidade da atuação dessa enzima.