tec_bio_aula_2_etanol_parte1

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Tecnologia de Biocombustíveis
Bioetanol
Ana Cláudia Freitas Margarites
Faculdade de Engenharia e Arquitetura
Engenharia Química
Panoramas nacional e mundial
Etanol
CANA DE AÇÚCAR NECESSÁRIA PARA 
ATENDER A DEMANDA PREVISTA
Fonte: Adaptado de MUSSATTO, S.; DRAGONE, G.; GUIMARÃES, P.M.R; SILVA, J.P.A.; 
CARNEIRO, L.M.; ROBERTO, I.C.; VICENTE, A.; DOMINGUES, L.; TEIXEIRA, J.A. Technological
trends, global market, and challenges of bio-ethanol production. Biotechnology Advances, 
v. 28, p. 817-830, 2010.
Fonte: Ministério da Agricultura, pecuária e abastecimento
Programa Nacional do Álcool -
Proálcool
O Programa Nacional do Álcool 
ou Proálcool foi criado em 14 de novembro de 
1975 pelo decreto n° 76.593, com o objetivo de 
estimular a produção do álcool, visando o 
atendimento das necessidades do mercado 
interno e externo e da política de combustíveis 
automotivos. 
Motivos para criação do Programa 
Nacional do Álcool - Proálcool
✓ Evitar o aumento da dependência externa de divisas quando 
dos choques de preço de petróleo.
✓ Diminuir emissões de gás carbônico (CO2).
Diminuir a importação de milhões de barris de
petróleo.
Etanol - Bioprocesso
Micro-organismos
Maneiras de obtenção de Etanol
Processo Biotecnológico
Fugindo do tema 
da aula - Parte II
+Carboidratos(Açúcares) Etanol CO2
Leveduras
Agentes da Fermentação alcoólica: Leveduras
Colônia de Saccharomyces cerevisiae.
Ciclo do Etanol
Bioetanol
99,3º
Etanol – Matérias-primas
Gerações - Etanol
3ª Geração
MO modificados 
geneticamente
Microalgas
2ª Geração
Materiais 
lignocelulósicos
1ª Geração
Cana-de-açúcar e 
amiláceos
Processo produção Etanol
Milho Cana de açúcar Saccharomyces 
cerevisiae
Hidrólise
Fermentação
CO2
Etanol
Pré-tratamento
Material 
lignocelulósico
Microalgas
Etanol
3ª Geração
MO modificados 
geneticamente
Microalgas
2ª Geração
Materiais 
lignocelulósicos
1ª Geração
Cana-de-açúcar e 
amiláceos
1ª Geração
Cana-de-açúcar e amiláceos
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Glicose
Carboidrato diretamente 
fermentescível
Ação enzima Invertase, produzida pela 
levedura
Açúcar presente na cana-de-açúcar
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Sacarose
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Representação da cadeia de Amilose e amilopectina
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Amido
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Ação das enzimas α-amilase, β-amilase e amiloglicosidase
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Amido
Ação das enzimas α-amilase, β-amilase e amiloglicosidase
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Amido
AMILASES
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α-amilase (α-1,4-glicano hidrolase) rompe, ao acaso, as ligações
glicosídicas α-1,4 da amilose originando uma mistura de maltose e
glicose. Rompe também as ligações α-1,4 da amilopectina, 
originando uma mistura de polissacarídeos denominados dextrinas.
β-amilase (β-1,4-glicano maltohidralase) ataca extremidade não 
redutora da amilose, originando maltose.
Glicoamilase ou amiloglicosidase (1,4-1,6 α-D-glicanoglicanoglicoidrolase) 
rompe as ligações α-1,4 e α-1,6 do amido a partir da extremidade
não redutora até a obtenção de monômeros de glicose.
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Ação das enzimas α-amilase, β-amilase e amiloglicosidase
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Amido
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MALTE 
Germinação
Cevada Malte
Fugindo do tema 
da aula - Parte I
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Para a hidrólise do amido é utilizado o 
MALTE que possui ENZIMAS
Amido Glicose
hidrólise
Fugindo do tema 
da aula - Parte I
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Gerações - Etanol
3ª Geração
MO modificados 
geneticamente
Microalgas
2ª Geração
Materiais 
lignocelulósicos
1ª Geração
Cana-de-açúcar e 
amiláceos
2ª Geração
Materiais lignocelulósicos
Celulose
Hemicelulose
Lignina
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Confere rigidez à 
estrutura
constituída por unidades
de fenilpropano
Representação da cadeia linear da celulose, formada por várias 
unidades consecutivas de celobiose.
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Etanol com baixo 
rendimento e geração de 
muitos resíduos
Etanol com alto 
rendimento e geração de 
poucos resíduos
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Pré-tratamentos materiais lignocelulósicos
Materiais lignocelulósicos grau de associação molecular 
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Físicos - moagem
Pré-tratamentos materiais lignocelulósicos
Químicos (ácidos, alcalinos) -
modificações estruturais
Biológicos – lignina peroxidase
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Pré-tratamentos materiais lignocelulósicos
Pré-tratamento – Explosão a vapor
Tratamentoquímico e físico da biomassa
Biomassa tratada com vapor saturado a temperaturas 
entre 160 °C e 240 °C entre 2 e 30 minutos
Biomassa mais susceptível a hidrólise enzimática
Um dos métodos mais promissores
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Hidrólise de materiais Lignocelulósicos
Ácida
Enzimática
Celulases
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CELULASES
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Hidrólise da 
hemicelulose –
problemas pois 
levedura não fermenta 
estes carboidratos!
Gerações - Etanol
3ª Geração
MO modificados 
geneticamente
Microalgas
2ª Geração
Materiais 
lignocelulósicos
1ª Geração
Cana-de-açúcar e 
amiláceos
3ª Geração
Microalgas
Microalgas
Micro-organismos fotossistéticos
Eucarióticos
Procarióticos - Cianobactérias
Presentes em água doce ou salgada
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Biomassa microalgal - fonte de carboidratos
hidrólise - partir de amilases, celulases e 
pectinases para conversão em carboidratos simples
Acúmulo de carboidratos 
e parede celular branda.
Vantagens do uso de microalgas
para produção de biocombustíveis:
Rápido crescimento;
Sem requerimento por terras aráveis, sem conflito 
com a produção de alimentos; 
Mecanismo fotossintético similar ao das plantas 
superiores convertendo CO2 em carboidratos e 
lipídios; 
Remoção de grandes quantidades de CO2 do 
meio ambiente;
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Produzidas a partir de resíduos ou efluentes; 
Manipulação nas condições de cultivo a fim de elevar 
teores de carboidratos na biomassa.
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Microalgas
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Fonte: Schneider, RCS; Bjerk, TB; Gressler, PD, Souza, MP; Corbellini, VA; Eduardo A. Lobo
Potential Production of Biofuel from Microalgae Biomass Produced in Wastewater. World’s 
largest Science, Technology & Medicine Open Access book publisher, 2012.
Biocombustíveis possíveis de serem produzidos a partir de biomassa de microalgas
MICROALGAS
Microrganismos fotossintéticos
Saccharomyces
cerevisiae
Hidrólise
Fermentação
CO2
Etanol
Pré-
tratamento
Microalgas
Condições de cultivo para microalgas
Condições de cultivo para microalgas
Ácida
Hidrólise - Polissacarídeos
- Formação de 
substâncias inibitórias ao 
crescimento de micro-
organismos, como 
Furfural e 
Hidroximetilfurfural
Afetam a atividade de 
enzimas glicolíticas e 
proteínas, danificam as 
paredes e membranas 
celulares e inibem a 
síntese de RNA
Hidrólise - Polissacarídeos
Enzimática
Amilolíticas Celulase
MO Modificados geneticamente
Modificação do DNA de MO para que produzam enzimas 
específicas.
Ex: Levedura capaz de produzir etanol a partir de xilose
Modificação do DNA de microalgas para que sintetizem mais 
carboidratos.
Resumindo Enzimas para 
produção de etanol....
Enzima Fonte Aplicação
Amilase Aspergillus niger, A. 
oryzae, Bacillus subtilis
Hidrólise do amido
Invertase Saccharomyves cerevisiae Hidrólise da 
sacarose
Celulase Aspergillus niger, 
Trichoderma reesei
Hidrólise da 
celulose
Tabela 1 – Enzimas utilizadas na produção de etanol.