Food habits

Conforme visto em tópicos anteriores os processos de pré-tratamento térmicos e termoquímicos de biomassa, na maioria das vezes em função das condições operacionais geram compostos indesejáveis aos bioprocessos. Alguns autores como Mussatto e Roberto (2004) afirmam que os compostos tóxicos gerados durante os processos térmicos e termoquímicos podem ser divididos em dois grupos: 1) produtos da degradação do açúcar e 2) produtos da degradação da lignina.

Os produtos gerados a partir da degradação dos açúcares em processos térmicos e termoquímicos sãos basicamente o 5-hidroximetil-2-furfuraldeído (HMF) formado a partir da degradação de açúcares C6 (glicose), majoritariamente oriundos da celulose, e o 2- furfuraldeído (FF), formado a partir de açúcares C5 (xilose e arabinose), obtidos da hidrólise das hemiceluloses. Em processos térmicos auto catalisados efetivos para extração das hemiceluloses como é o caso da AH, é mais comum no hidrolisado a presença de FF quando comparado ao HMF. Isso pode ser explicado pelo fato de que em tais processos a solubilização da celulose e liberação de monômeros de glicose é minimizada.

O efeito da presença desses compostos no processo de fermentação dos açúcares a etanol é bastante estudado. Avaliando a produção de etanol pela levedura Pichia stipitis, Roberto et al. (1991) mostrou que em concentrações menores que 500 mg.L-1 o FF não apresentou efeito no crescimento celular, enquanto que em concentrações acima de 2000 mg.L-1 o crescimento celular foi inibido completamente. Nigam (2001) encontrou que uma concentração de 250 mg.L-1 não foi suficiente para reduzir a produção de etanol, no entanto,

56 concentrações superiores a 1500 mg.L interferiram na respiração e taxa de crescimento dos micro-organismos. Uma diminuição de 94% para 85% foi observada na conversão de etanol.

Em relação ao HMF, Palmqvist e Hahn-Hagerdal (2000) mostraram que seu efeito inibitório é similar ao FF, e que ambos são responsáveis por provocarem uma grande fase lag no crescimento dos micro-organismos. Os mesmos autores mostram que a taxa de crescimento foi reduzida em 43%, 70% e 100%, quando o HMF foi encontrado nas concentrações de 500 mg.L-1, 750 mg.L-1 e 1500 mg.L-1, respectivamente. Martinez et al. (2001) observou que a produção de etanol por E. coli a partir de hidrolisado hemicelulósico gerado a partir do bagaço de cana-de-açúcar foi afetada quando a concentração de furanos totais (HMF + FF) foi superior a 900 mg.L-1. O mecanismo que melhor explica a ação inibitória dos furanos aos micro-organismos é a capacidade dos mesmos em alterarem o processo de replicação celular (Klinke et al., 2004).

Além dos furanos, outra classe de compostos inibitórios que podem ser formados e solubilizados e transportados para o HH durante os processos de pré-tratamento são os produtos da degradação da lignina. Uma variedade de compostos aromáticos, poliaromáticos, fenólicos e aldeídicos são liberados a partir da lignina. Os compostos fenólicos possuem elevada toxicidade aos micro-organismos. Esses compostos são conhecidos por provocarem alterações na divisão celular e perda da integridade das membranas biológicas, afetando a habilidade das mesmas em atuarem como barreiras seletivas e matrizes de enzimas. Como consequência, o crescimento celular e assimilação de compostos por parte das membranas são afetados.

Na literatura vários estudos foram realizados com intuito de avaliar o efeito da toxicidade de tais compostos em processos de fermentação. No entanto, são poucos os estudos que avaliam o efeito da presença dessas substâncias na eficiência da digestão anaeróbia do HH. Barakat et al. (2012) realizou um estudo no qual foi avaliado a influência da presença de furanos e fragmentos de lignina na digestão anaeróbia. Os resultados mostraram que a capacidade máxima de produção de metano foi afetada na presença de furanos.

Além disso, os autores perceberam que tais compostos possuem grande influência na adaptação dos micro-organismos, e essa conclusão foi possível uma vez que na presença desses compostos o início da produção de metano ocorreu sempre depois de um período de adaptação. Em relação à toxicidade dos compostos derivados da lignina, os autores perceberam que algumas propriedades como, massa molar, hidrofobicidade e a relação de unidades siringila (S) e guaiacila (G) presentes no fragmento de lignina podem influenciar no potencial de produção de metano.

57 Grande parte dos estudos que avaliam os mecanismos de toxicidade dos compostos decorrentes dos pré-tratamento de biomassas são realizados em sistemas contendo somente um dos compostos tóxicos. Alguns autores como Mussatto e Roberto (2004) afirmam que no HH a toxicidade dos compostos pode ser maximizada em função dos efeitos sinérgicos, uma vez que no HH uma gama de compostos tóxicos é encontrada em diferentes concentrações.

De acordo com Taherzadeh e Karimi (2008) existem quatro maneiras para minimizar a presença de compostos tóxicos no HH: 1) evitar a sua formação controlando as condições do pré-tratamento; 2) detoxificar o HH antes do uso em bioprocessos; 3) desenvolver espécies de micro-organismos que sejam resistentes aos compostos inibidores e 4) converter os compostos tóxicos em compostos que não interfiram no metabolismo.

Uma alternativa bastante usada é a detoxificação do HH por meio de diferentes tipos de metodologias, incluindo, biológicas, físicas e químicas. A efetividade da escolha da técnica de detoxificação depende do tipo de biomassa usada no pré-tratamento, do tipo de pré- tratamento, do tipo de micro-organismo usado e do produto que pretende ser obtido. Dentre as metodologias de detoxificação do HH pode-se destacar os processos biológicos. Em tais processos uma possibilidade é o uso de enzimas específicas de micro-organismos que atuam diretamente sobre os compostos tóxicos provocando sua alteração química. Tais enzimas muitas vezes são obtidas a partir de fungos. Joenssoná et al. (1998) detoxificou um HH obtido a partir de madeira com lacase e peroxidase produzidas pelo fungo Trametes versicolor, promovendo um aumento de 70 % na produção de etanol. No que diz respeito a utilização da etapa acidogênica como etapa detoxificante do HH gerado pela AH do BC para posterior alimentação da etapa metanogênica, não foram encontrados nenhum estudo na literatura.