Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/54827

TitleDevelopment of strategies for intensifying bioethanol production from Eucalyptus globulus wood
Author(s)Cunha, Manuel António dos Santos Oliveira Martins
Advisor(s)Romani, Aloia Perez
Tavares, R. M.
Issue date2017
Abstract(s)The use of renewable sources for the biotechnological production of value-added compounds as biofuels, chemicals and products is mandatory to attain a sustainable growth based in a bioeconomy. In this context, valorization of vegetal biomass as lignocellulosic residues is considered an interesting approach. The access to fermentable sugars from vegetal biomass for bioethanol production requires some chemical or physico-chemical treatment, which is considered one the most expensive steps involved in the manufacturing of biofuels. Therefore, the use of high solid loadings to achieve high ethanol concentration is desirable to reduce distillation costs and thus, to attain a cost-effective process. Furthermore, integration of cheese whey into lignocellulose-to-ethanol processes in a multi-wastes valorization approach could allow the improvement and intensification of fermentation conditions to attain high ethanol concentrations. In this context, metabolic engineering efforts are being addressed to develop yeast strains able to consume non native carbon sources (including lactose). In this work, the mixture of Eucalyptus globulus wood (EGW) and cheese whey powder (CWP) was proposed for the improvement and intensification of bioethanol production. Hydrothermally pretreated EGW was mixed with CWP for ethanol production by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) at high solid loadings using the industrial Saccharomyces cerevisiae Ethanol Red® strain. High ethanol concentration (93 g/L), corresponding to 94.3% of ethanol yield, was obtained from 37% of solid mixture plus cellulase and β-galactosidase enzymes loadings of 22.4 FPU/g and 20 UI/g, respectively. Optimal conditions (with and without CWP) were used and the results were compared with the ones obtained using CEN.PK113–7D laboratory strain. The use of CWP mixed with pretreated EGW increased the ethanol concentration in 1.5-fold, in comparison with SSF experiments without CWP for both Ethanol Red® and CEN.PK113–7D strains. Higher ethanol concentration was obtained by Ethanol Red® strain comparatively to CEN.PK113-7D with CWP supplementation (93 g/L and 65 g/L corresponding to 94% and 66% of ethanol yield, respectively). Ethanol Red® strain was genetically engineered for β-galactosidase production in order to advance towards a fully integrated process. This work shows the feasibility of attaining high ethanol concentrations in second generation bioprocesses by a multi-waste valorization approach.
A utilização de fontes renováveis para a produção biotecnológica de compostos de valor acrescentado, tais como biocombustíveis, químicos e produtos, é obrigatória para alcançar um crescimento sustentável baseado na bioeconomia. Neste contexto, a valorização de biomassa vegetal como os resíduos lignocelulósicos é considerada uma alternativa interessante. O acesso aos açúcares fermentáveis da biomassa vegetal para a produção de bioetanol implica algum tratamento químico ou físico-químico, o que é considerado um dos passos mais dispendiosos envolvidos na produção de biocombustíveis. Assim, o uso de elevadas cargas de sólidos para atingir elevadas concentrações de etanol é desejável para reduzir os custos de destilação, conseguindo um processo rentável. Além disso, a integração do soro de queijo em processos lignocelulósicos para produzir etanol numa estratégia de valorização de vários resíduos pode permitir a melhoria e intensificação das condições de fermentação para obter elevadas concentrações de etanol. Neste contexto, estudos de engenharia metabólica estão sendo direcionados para desenvolver leveduras capazes de consumir fontes de carbono não nativas (incluindo lactose). Neste trabalho, a mistura de madeira de Eucalyptus globulus (EGW) e soro de queijo em pó (CWP) foi proposta para aumentar e intensificar a produção de bioetanol. A EGW pré-tratada foi combinada com CWP para a produção de etanol através da sacarificação e fermentação simultânea (SSF) a altas cargas de sólido utilizando a estirpe industrial Saccharomyces cerevisiae Ethanol Red®. Foram obtidas altas concentrações de etanol (93 g/L), o que corresponde a um rendimento de 94,3%, a partir de 37% de mistura sólida com cargas enzimáticas de celulase e β-galactosidase de 22.4 FPU/g e 20 UI/g, respetivamente. As condições ótimas (com e sem soro de queijo) foram usadas e os resultados foram comparados com os obtidos com a estirpe laboratorial CEN.PK113–7D. O uso de soro de queijo misturado com madeira de Eucalyptus globulus pré-tratado aumentou a concentração de etanol em 1.5 vezes, em comparação aos resultados dos ensaios SSF sem soro de queijo para ambas as estirpes Ethanol Red® e CEN.PK113–7D. Foram obtidas concentrações de etanol mais elevadas por a estirpe Ethanol Red® em comparação com a CEN.PK113-7D com a suplementação de soro de queijo (93 g/L e 65 g/L correspondendo a um rendimento de etanol de 94% e 66%, respetivamente). A estirpe Ethanol Red® foi modificada geneticamente para a produção de β-galactosidase para desenvolver um processo totalmente integrado. Este trabalho apresenta a possibilidade de obter altas concentrações de etanol em bioprocessos de segunda geração através da estratégia de valorização de resíduos.
TypemasterThesis
DescriptionDissertação de mestrado em Biologia Molecular, Biotecnologia e Bioempreendedorismo em Plantas
URIhttp://hdl.handle.net/1822/54827
AccessrestrictedAccess
Appears in Collections:DBio - Dissertações de Mestrado/Master Theses
CEB - Dissertações de Mestrado / MSc Dissertations
BUM - Dissertações de Mestrado

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