Ocorrente e recombinante, empregando

Tabela 2.5. Resultados relatados na literatura para a produção de etanol de 
segunda geração por Zymomonas mobilis. 
55 
Tabela  2.6.  Comparação  do  desempenho  de  diferentes  linhagens 
recombinantes de Z. mobilis para a produção de etanol. 
61 
Tabela 4.1. Meio de manutenção de Z. mobilis. 
 89 
Tabela 4.2. Meio de crescimento de Z. mobilis.  
 89 
Tabela  4.3.  Experimentos  sequenciais  avaliando  a  bactéria  Zymomonas 
mobilis naturalmente ocorrente frente à produção de etanol. 
90 
Tabela  4.4.  Variáveis  independentes  do  planejamento  experimental  central 
composto:  relação  sólido:líquido  (g:mL),  carga  enzimática  (FPU/g)  e 
concentração  celular  (g/L),  avaliando  a  produção  de  etanol,  produtividade 
volumétrica, bem como a glicose inicial do processo SSF utilizando o bagaço 
de cana-de-açúcar. 
93 
Tabela  4.5.  Variáveis  independentes  do  planejamento  experimental  central 
composto:  relação  sólido:líquido  (g:mL),  carga  enzimática  (FPU/g)  e 
concentração  celular  (%),  avaliando  a  produção  de  etanol,  produtividade 
volumétrica, bem como a glicose inicial do processo SSF utilizando PM2. 
94 
Tabela  4.6.  Parâmetros  e  níveis  usados  no  Planejamento  Experimental 
Fatorial  2
4
:  extrato  de  levedura  (g/L),  KH
2
PO
4
(g/L),  (NH4)
2
SO
4
  (g/L)  e 
MgSO
4
.7H
2
O (g/L), adicionados no hidrolisado celulósico do bagaço de cana. 
94 
Tabela  4.7.  Variáveis  independentes  do  planejamento  central  composto 
avaliando  a  adição  de  extrato  de  levedura  (g/L),  KH
2
PO
4
  (g/L),  (NH4)
2
SO
4
 
(g/L)  e  MgSO
4
.7H
2
O  (g/L)  no  hidrolisado  celulósico  do  bagaço  e  de  PM2 
frente  à  produção  de  etanol  através  do  processo  SSF  por  Z.  mobilis  CP4 
nativa. 
99 
Tabela 4.8. Composição do meio RM, empregado na linhagem recombinante 
de Z. mobilis.  
100 
Tabela  4.9.  Experimentos  sequenciais  avaliando  a  bactéria  Zymomonas 
mobilis frente à produção de etanol. 
101 
Tabela  4.10.  Variáveis  independentes  do  planejamento  experimental, 
avaliando  diferentes  concentrações  de  glicose  e  xilose,  em  g/L,  quanto  à 
produção de etanol por Z. mobilis recombinante.  
102 
Tabela 4.11. Processo de adaptação metabólica mediante 50 ciclos, variando  
as concentrações de glicose e xilose em meio sintético. 
102 
Tabela  4.12.  Processo  de  adaptação  metabólica  mediante  25  ciclos 
fermentativos,  variando  as  concentrações  de  hidrolisado  ácido  proveniente 
do bagaço de cana, mantendo-se a glicose em 20 g/L. 
105 
Tabela 
4.13. 
Variáveis 
independentes 
do 
primeiro 
planejamento  105 

 
xx 
experimental  avaliando  o  percentual  de  hidolisado  ácido,  bem  como  a 
relação  sólido:líquido  (g:mL) do  mesmo do bagaço de  cana  no que  tange  à 
produção de etanol. através do processo SSCF. 
Tabela 
4.14. 
Variáveis 
independentes 
do 
segundo 
planejamento 
experimental  avaliando  o  percentual  de  hidolisado  ácido,  bem  como  a 
relação  sólido:líquido  (g:mL) do  mesmo do bagaço de  cana  no que  tange  à 
produção de etanol através do processo SSCF. 
105 
Tabela 4.15. Curvas padrão de absorvância  versus concentração da massa 
celular para as linhagens de Z. mobilis. 
107 
Tabela  5.1.  Desempenho  das  linhagens  AG11  e  CP4  de  Z.  mobilis  na 
fermentação de glicose (concentração inicial de 20 g/L). 
112 
Tabela  5.2.  Planejamento  Experimental  de  Superfície  de  Resposta  2
3
, 
avaliando  a  relação  sólido:líquido,  carga  enzimática  e  concentração  celular 
frente  à  produção  de  etanol  a  partir  do  bagaço  de  cana  pré-tratado  através 
do processo SSF por Z. mobilis CP4. 
115 
Tabela  5.3.  Análise  de  variância  da  concentração  de  glicose  inicial  do 
processo  SSF  a  partir  do  bagaço  de  cana  pré-tratado  por  Z.  mobilis  CP4, 
através  do  Planejamento  Experimental  de  Superfície  de  Resposta  2
3
, 
avaliando a relação sólido:líquido, carga enzimática e concentração celular. 
116 
Tabela  5.4.  Análise  de  variância  da  concentração  de  etanol  através  do 
processo  SSF  a  partir  do  bagaço  de  cana  pré-tratado  por  Z.  mobilis  CP4, 
utilizando  o  Planejamento  Experimental  de  Superfície  de  Resposta  2
3
, 
avaliando a relação sólido:líquido, carga enzimática e concentração celular. 
 
 
118 
Tabela  5.5.  Análise  de  variância  da  produtividade  volumétrica  de  etanol 
através  do  processo  SSF  a  partir  do  bagaço  de  cana  pré-tratado  por  Z. 
mobilis  CP4,  utilizando  o  Planejamento  Experimental  de  Superfície  de 
Resposta  2
3
,  avaliando  a  relação  sólido:líquido,  carga  enzimática  e 
concentração celular. 
121 
Tabela 5.6. Planejamento Superfície de Resposta 2
4
 investigando efeitos da 
Relação  sólido:líquido  (g:mL),  Carga  enzimática  (FPU/g)  e  Concentração 
celular  (%)  na  produção  de  etanol  a  partir  de  resíduos  da  indústria  de 
celulose por Z. mobilis CP4. 
126 
Tabela  5.7.  Análise  de  Variância  da  concentração  de  etanol  através  do 
processo  SSF  a  partir  de  resíduos  da  indústria  de  celulose  por  Z.  mobilis 
CP4, utilizando o Planejamento Superfície de Resposta 2
4
, o qual avaliou os 
efeitos  da  Relação  sólido:líquido  (g:mL),  Carga  enzimática  (FPU/g)  e 
Concentração celular (%). 
128 
Tabela  5.8.  Planejamento  fatorial  2
4
,  avaliando  efeitos  da  concentração  de 
extrato de levedura (g/L), KH
2
PO
4
(g/L), (NH
4
)
2
SO
4
 (g/L) e MgSO
4
.7H
2
O (g/L) 
na produção de etanol através do processo SSF a partir de bagaço de cana 
pré-tratado,  na  relação  sólido:líquido  3:10  (g:mL)  e  carga  enzimática  de  25 
FPU/g, por Z. mobilis CP4. 
131 
Tabela  5.9.  Análise  da    variância  da  produção  de  etanol,  empregando 
diferentes  concentrações  de  extrato  de  levedura,  KH
2
PO
4
,  (NH
4
)
2
SO
4
  e 
MgSO
4
.7H
2
O,  através  do  processo  SSF  a  partir  de  bagaço  de  cana  pré-
132 

 
xxi 
tratado por Zymomonas mobilis CP4. 
Tabela 5.10. Planejamento Composto Central 2
4
, avaliando efeitos da adição 
de  extrato  de  levedura  (g/L),  KH
2
PO
4
  (g/L),  (NH
4
)
2
SO
4
  (g/L)  e  MgSO
4
.7H
2
O 
(g/L) na produção de etanol através do processo SSF a partir de bagaço de 
cana pré-tratado, na relação sólido:líquido 3:10 (g:mL) e carga enzimática de 
25 FPU/ g, por Z. mobilis CP4. 
134 
Tabela  5.11.  Análise  de  variância  da  produção  de  etanol,  empregando 
diferentes  concentrações  de  extrato  de  levedura,  KH
2
PO
4
,  (NH
4
)
2
SO
4
  e 
MgSO
4
.7H
2
O, através do processo SSF por Z. mobilis a partir do bagaço de 
cana. 
136 
Tabela  5.12.  Planejamento  Superfície  de  Resposta  2
4
  investigando  efeitos 
da  adição  de  extrato  de  levedura,  KH
2
PO
4
,  (NH4)
2
SO
4
  e  MgSO
4
.7H
2
O  na 
produção de etanol a partir de resíduos de celulose.  
140 
Tabela  5.13.  Análise  de  variância  da  produção  de  etanol,  empregando 
diferentes  concentrações  de  extrato  de  levedura,  KH
2
PO
4
,  (NH
4
)
2
SO
4
  e 
MgSO
4
.7H
2
O,  através  do  processo  SSF  por  Zymomonas  mobilis  a  partir  de 
resíduo da indústria de celulose.  
142 
Tabela  5.14.  Principais  resultados  relatados  na  literatura  para  o  processo 
SSF com linhagens de Zymomonas mobilis. 
 
145 
Tabela  5.15.  Resultados  obtidos  pela  linhagem  nativa  de  Zymomonas 
mobilis  CP4  a  partir  do  processo  SSF  e  a  partir  da  fermentação  em  meio 
sintético. 
147 
Tabela  5.16.  Processo  de  adaptação  metabólica  mediante  50  ciclos, 
variando as concentrações de glicose e xilose em meio sintético. 
151 
Tabela 5.17. Comparação das variáveis de resposta entre diferentes etapas 
de adaptação metabólica.  
152 
Tabela  5.18.  Planejamento  experimental  preliminar  avaliando  diferentes 
concentrações de glicose e xilose no meio RM frente à produção de etanol e 
crescimento  de  biomassa  a  partir  de  meio  sintético  pela  linhagem 
recombinante de Zymomonas mobilis CP4. 
154 
Tabela  5.19.  Avaliação  de  diferentes  concentrações  de  glicose  e  xilose  na 
produção de etanol a partir de meio sintético pela linhagem recombinante de 
Zymomonas mobilis CP4.  
155 
Tabela  5.20.    Análise  de  Variância  da  concentração  de  etanol  a  partir  de 
diferentes concentrações de glicose e xilose pela linhagem recombinante de 
Z. mobilis CP4, após a execução de 10 ciclos de adaptação metabólica. 
156 
Tabela 5.21. Avaliações de diferentes clones frente ao consumo de glicose e 
xilose  provenientes  no  meio  RMGX,  assim  como  à  produção  de  etanol  por 
Zymomonas mobilis recombinante. 
 
157 
Tabela  5.22.  Processo  de  adaptação  metabólica  mediante  25  ciclos 
fermentativos,  variando  as  concentrações  de  hidrolisado  ácido  proveniente 
do bagaço de cana e mantendo a concentração de glicose em 20 g/L.   
159 
Tabela  5.23.  Comparação  das  variáveis  medidas  e  calculadas  entre 
diferentes etapas de adaptação metabólica. 
160 
Tabela 5.24. Crescimento celular em diferentes estratégias de aclimatação. 
160 

 
xxii 
Tabela 5.25. Primeiro Planejamento 2
2 
avaliando o percentual de hidrolisado 
hemicelulósico (%), bem como a relação sólido:líquido (g:mL) do bagaço de 
cana-de-açúcar  pré-tratado  através  do  processo  SSCF1  no  que  tange  à 
produção  de  etanol  pela  linhagem  recombinante  de  Zymomonas  mobilis 
CP4.  
161 
Tabela 5.26. Segundo Planejamento 2
2 
avaliando o percentual de hidrolisado 
hemicelulósico (%), bem como a relação sólido:líquido (g:mL) do bagaço de 
cana-de-açúcar  pré-tratado  através  do  processo  SSCF2  no  que  tange  à 
produção  de  etanol  pela  linhagem  recombinante  de  Zymomonas  mobilis 
CP4.  
162 
Tabela 5.27.  Análise de Variância da concentração de etanol alcançada no 
primeiro Planejamento Experimental do processo SSCF1.  
163 
Tabela 5.28.  Análise de Variância da concentração de etanol alcançada no 
segundo Planejamento Experimental do processo SSCF2. 
163 
Tabela  5.29.  Evolução  dos  resultados  obtidos  pela  linhagem  recombinante 
de  Z.mobilis  CP4  a  partir  do  processo  SSCF  e  da  fermentação  em  meio 
sintético. 
167 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
xxiii 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
Abs
600
 
600 nanômetros de absorbância 
Acr: 
Mutante tolerante ao acetato 
ADP 
Adenosina difosfato 
Aj.
 
Ajustado 
ANOVA 
Análise de variância 
araA 
L-arabionose isomerase  
araB 
L-ribuloquinase  
ara D 
L-ribulose 5-fosfato 4-epimerase  
ATP 
Adenosina trifosfato 
ART 
Açúcares redutores totais 
BNDES 
Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social 
BPC 
Bioprocesso consolidado 
BR 
Biorreator 
CBH 
Celobiohidrolases 
CE 
Carga enzimática 
[cell] 
Concentração celular 
CFU 
Colony-forming unit 
COGEN 
Associação da Indústria de Cogeração de Energia 
CLAE 
Cromatografia Líquida de Alta Eficiência 
CMC 
carboximetilcelulose  
CmR
 
gene de resistência ao clorofenicol
 
CNI 
Confederação Nacional da Indústria 
CONAB 
Companhia Nacional de Abastecimento 
EISA 
Energy Independece and Security Act 
EL 
Extrato de levedura 
EMP 
Embder-Meierhopf-Parnas  
EPE 
Empresa de Pesquisa Energética 
Etanol 2G 
Etanol de segunda geração 
EUA 
Estados Unidos da América 
Ex. 
Experimentos 
F 
Fisher Calculado 
FA 
Frascos agitados 
FPU 
Filter Paper Units 
fru 
Frutose 
GFOR 
Glicose-frutose oxidorredutase 
glf 
Proteína facilitadora do transporte de glicose  
gli 
Glicose 
gaL 
Galactose 
GL 
Grau de Liberdade 
gl 
Gluconolactona 
h 
Hora 
HMF 
hidroximetilfurfural 
IBGE 
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística 
LB 
Meio Luria-Bertani, contendo 10 g/L de triptona, 0,5 g/L de extrato de 
levedura, 1 g/L de NaCl (pH7) 
LADEBIO 
Laboratório de Desenvolvimento de Bioprocessos 
LM 
Lamela Média 
MAPA 
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento 
min. 
Minuto(s) 
MJ 
Megajoule 
MME 
Ministério de Minas e Energia 
MP 
Matéria-prima 
MQ 
Média Quadrática 
mV 
Milivolts  

 
xxiv 
NAD 
Nicotinamida adenina dinucleótido 
NADPH 
Nicotinamida adenina dinucleotídio fosfato-oxidase 
OCDE 
Organização de Cooperação e de Desenvolvimento Econômicos 
OD600 
Densidade ótica em 600 nanômetros de absorbância 
ODM 
Organic dry matter 
ORI 
Plasmídeo contendo a origem de replicação para Z. mobilis  
ORI ZYMO 
Plasmídeo contendo a origem de replicação para Z. mobilis, além dos 
genes que metabolizam a xilose: xilose isomerase, xululoquinase, 
transaldolase e transquetolase. 
P 
Produto 
PC 
Pontos centrais 
Peno 
Promotor enolase 
PEA 
Policy Energy Act 
Pgap 
Promotor glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase  
P.H. 
Pré-hidrólise enzimática 
Pi 
Radical fosfato inorgânico 
PP 
Parede Primária 
Ppdc 
Promotor piruvato decarboxilase 
PROALCOOL 
Programa Nacional do Álcool 
PS 
Parede Secundária 
pZMO1 
Plasmídio de Z. mobilis utilizado neste trabalho (1565 kb)  
p15a 
Origem de replicação de E. coli 
Q
P
 
Produtividade volumétrica em etanol 
Ref. 
Referências Bibliográficas 
PM2 
Resíduo da indústria de celulose 
rpm 
Rotações por minuto 
S 
Substrato 
S:L 
Relação sólido:líquido 
sac 
Sacarose 
RM 
Meio de cultura contendo fosfato de potássio, 2 g/L; extrato de 
levedura, 10 g/L; tetraciclina, 10 mg/L 
RMG 
Meio de cultura contendo fosfato de potássio, 2 g/L; extrato de 
levedura, 10 g/L; glicose, 20 g/L; xilose, 20 g/L; tetraciclina, 10 mg/L  
RMGX 
Meio de cultura contendo fosfato de potássio, 2 g/L; extrato de 
levedura, 10 g/L; glicose, 20 g/L; tetraciclina, 10 mg/L 
SQ 
Soma Quadrática 
SHF 
Hidrólise enzimática separada da fermentação 
SSCF 
Hidrólise enzimática e co-fermentação simultâneas 
SSF 
Hidrólise enzimática e fermentação simultâneas 
TAL 
Transaldolase 
Tc 
Tetraciclina 
TKT  
Transquetolase 
UNICA 
União de Agroindústria Canavieira de São Paulo 
v/v 
Relação volume/volume 
XI, xylA 
Xilose isomerase  
XK, xylB 
Xululoquinase 
xil 
Xilose 
ZM22; ZM27 
Origem de replicação de Z. mobilis 
 
 
 

 
xxv 
NOMENCLATURA MATEMÁTICA  
E
f
 
Eficiência, expressa em porcentagem 
g 
gravidade 
g 
Grama 
g/mL 
Microgramas por mililitro  
g/L 
Gramas por litro 
h 
Hora 
µ
max
 
Taxa específica máxima de crescimento (h
-1
) 
μ
 
Taxa de crescimento específico (h
-1
) 
L 
Litro 
mg 
Miligrama 
mL 
Mililitros  
P 
Concentração de produto (g/L) 
p>F 
Probabilidade de Fisher 
μm
 
Micrômetro 
pH 
Potencial hidrogeniônico 
p/v 
Relação peso/volume 
Q
P
 
Produtividade volumétrica em etanol, g/L.h 
S
o
 
Concentração inicial de substrato, g/L 
T 
Temperatura, 
o
C 
v/v 
Relação volume/volume 
X
o
 
Concentração inicial de células, g/L 
w/v 
Massa por volume 
Y
P/S 
 
Fator de conversão em produto, em g.g
-1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

CAPÍTULO 1: Apresentação do tema de tese 
 
 
   
          Danielle da Silveira dos Santos
 
 
1 
                                                                      
_____________________CAPÍTULO 1 
 
APRESENTAÇÃO DO TEMA DE TESE 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.1. INTRODUÇÃO 
As matérias-primas de origem lignocelulósica contêm de 20% a 60% de 
celulose,  que  pode  ser  totalmente  convertida  à  glicose  por  ação  enzimática, 
após 
etapa 
de 
pré-tratamento 
para 
desorganização 
do 
complexo 
lignocelulósico.  Por  sua  vez,  a  glicose  caracteriza-se  por  ser  um 
monossacarídeo  utilizado  pela  maioria  dos  microrganismos,  fazendo  desta 
molécula um importante bloco de construção para a obtenção de uma imensa 
gama de substâncias de interesse comercial, abrangendo desde combustíveis 
até  polímeros  (KNAUF  &  MONIRUZZAMAN,  2004).  O  bagaço  de  cana-de-
açúcar, resíduo gerado pelos processos de produção de etanol, é considerado 
uma matéria-prima lignocelulósica por excelência, apesar de ser utilizado para 
a geração de energia em unidades de produção, ainda assim existem enormes 
excedentes.  Neste  contexto,  a  Companhia  Nacional  de  Abastecimento  estima 
que a produção de cana-de-açúcar deva crescer 6,5% na safra de 2012/2013 e 
atingir  596,63  milhões  de  toneladas,  resultando  em  cerca  de  180  milhões  de 
toneladas de bagaço gerado (CONAB, 2012).  

CAPÍTULO 1: Apresentação do tema de tese 
 
 
   
          Danielle da Silveira dos Santos
 
 
2 
A  hidrólise  completa  das  frações  polissacarídicas  dos  materiais  de 
composição  lignocelulósica  busca  o  aproveitamento  integral  dos  resíduos 
agroindustriais, potencializando o rendimento de produto em relação à matéria-
prima. Como exemplo, pode-se citar que no contexto brasileiro, onde o etanol é 
produzido  utilizando-se  apenas  uma  fração  da  matéria-prima  (caldo  de  cana-
de-açúcar),  tem-se  os  resíduos  (bagaço  excedente  e  palha)  de  composição 
lignocelulósica,  que  são  passíveis  de  processos  hidrolíticos,  disponibilizando 
açúcares que podem ser fermentados a etanol. Adicionalmente, este tema vem 
hoje  acompanhado  do  conceito  de  “Biorrefinaria”,  que  são  semelhantes  a 
refinarias de petróleo, em concepção, entretanto utilizam material biológico em 
oposição  às  fontes  fósseis, para  a produção  de  combustíveis  para  transporte, 
substâncias  químicas  e  energia.  As  Biorrefinarias  industriais  têm  sido 
identificadas  como  as  rotas  mais  promissoras  para  a  criação  de  um  novo 
segmento  industrial  com  base  nas  matérias-primas  renováveis.  A  realidade 
nacional  se  encaixa  perfeitamente  neste  conceito,  graças  à  diversidade  de 
recursos  naturais  aqui  existentes  e  a  vocação  do  país  para  estes 
desenvolvimentos.  
A produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica lança mão de 
pré-tratamentos  químicos/enzimáticos  para  a  hidrólise  da  celulose  e  da 
hemicelulose, 
fornecendo 
carboidratos 
(hexoses 
e 
pentoses), 
que 
posteriormente  podem  ser  convertidos  a  etanol  por  microrganismos 
fermentadores. Dentre os pré-tratamentos, que visam desorganizar o complexo 
lignocelulósico,  o  pré-tratamento  ácido  tem  se  mostrado  uma  alternativa 
interessante,  pois  além  de  desestruturar  o  complexo,  provoca  a  hidrólise  da 
hemicelulose,  o  que  resulta  em  uma  fração  líquida  contendo,  no  caso  do 
bagaço  de  cana,  majoritariamente  a  xilose.  Após  o  pré-tratamento,  o  líquido 
contendo  o  hidrolisado  hemicelulósico  é  separado  de  um  resíduo  sólido, 
composto fundamentalmente de celulose e lignina, denominado de celulignina. 
A  neutralização  do  pH,  seguida  de  uma  etapa  de  deslignificação  do  resíduo 
sólido  gerado  é  necessária  quando  se  vislumbra  a  hidrólise  enzimática,  a  fim 
de se aumentar a acessibilidade da celulose ao ataque catalítico.  

CAPÍTULO 1: Apresentação do tema de tese 
 
 
   
          Danielle da Silveira dos Santos
 
 
3 
 
 A  hidrólise  enzimática  da  celulose  ocorre  em  condições  brandas  de 
pressão,  temperatura  e  pH.  Sua  alta  especificidade  elimina  a  ocorrência  de 
furfurais  e  derivados  da  lignina,  que  seriam  seguramente  produzidos  caso  a 
opção  fosse  a  hidrólise  ácida  da  celulose,  obstaculizando  o  processo 
fermentativo  subsequente.    O  consórcio  enzimático  utilizado  na  hidrólise  da 
celulose  é  denominado  de  celulases,  composto  por  diferentes  atividades  em 
função da especificidade pelo substrato. Assim, as celulases são divididas  em 
três  grupos:  endoglucanases,  que  clivam  ligações  internas  em  regiões 
amorfas  da  fibra  celulósica;  exoglucanases,  que  atuam  na  região  externa  da 
celulose cristalina; e ß-glucosidases, que hidrolisam oligossacarídeos solúveis 
a  glicose  (LYND  et  al.,  2002;  HENRISSAT,  1991).  Ressalta-se  que  estas 
enzimas são conhecidas por serem fortemente inibidas pelos seus produtos de 
hidrólise  (glicose  e  celobiose).  Desta  forma,  as  pesquisas  em  etanol  de 
segunda geração  têm  sido  orientadas  para  o  processo  SSF,  que  combina  em 
uma  só  etapa  a  hidrólise  enzimática  e  a  fermentação  alcoólica  da  glicose, 
oriunda da hidrólise da celulose (PEREIRA JR., 2008).  
Os  processos  de  sacarificação  e  fermentação  alcoólica  simultâneas  de 
resíduos  agrícolas  são  reconhecidos  por  propiciarem  o  aproveitamento  de 
substratos  disponíveis  e  de  baixo  custo,  motivo  pelo  qual  vêm  sendo 
empregados  na  obtenção  de  etanol  de  segunda  geração  e  produtos de  maior 
valor  agregado.  Esforços  têm  sido  envidados  no  sentido  de  se  aumentar  os 
rendimentos e produtividades desses processos (McMILLAN et al., 1999).  
A  espécie  bacteriana  Zymomonas  mobilis,  existente  em  fontes  naturais 
como frutas, ou contaminantes “benéficos” de fermentação alcoólica industrial
, 
é capaz de produzir etanol com muita eficiência, fermentando açúcares pela via 
de  Entner-Doudoroff.  Nesta  via,  a  glicose  é  convertida  à  duas  moléculas  de 
etanol  e  uma  de  ATP,  ao  contrário  da  via  glicolítica  clássica,  que  gera  duas 
moléculas  de  ATP  para  cada  mol  de  glicose,  produzindo  duas  moléculas  de 
etanol.  Esta  espécie  é  classificada  como  gram-negativa,  utiliza  sacarose, 
glicose  e  frutose  como  fonte  de  carbono  e  energia,  produzindo  quantidades 
equimolares  de  etanol  e  CO
2
  (SWINGS  &  DE  LEY,  1977).  Pode  fermentar  1 
mol de glicose em cerca de 1,9 moles de etanol; 1,8 moles de CO
2
 e pequenas 

CAPÍTULO 1: Apresentação do tema de tese 
 
 
   
          Danielle da Silveira dos Santos
 
 
4 
quantidades  de  outros  subprodutos  como  lactato,  acetaldeído,  ácido  acético  e 
outros.  Este  microrganismo  utiliza  mínima  fração  de  açúcar  como  fonte  de 
carbono,  sendo  aproximadamente  98%  destinados  para  a  fermentação  e 
apenas  2%  para  o  crescimento.  Por  isso  é  muito  utilizado  na  fabricação  de 
bebidas,  leite  enriquecido  com  açúcares  fermentáveis  e  em  processos  de 
industrialização de bebidas tradicionais como Pulque (LIEGH, 1985). Devido ao 
seu  alto  potencial  fermentativo,  Zymomonas  mobilis  tem  sido  objeto  de 
inúmeras  pesquisas,  as  quais  resultam  em  uma  produção  de  etanol 
comparável  ou  até  mesmo  superior  a  obtida  por  leveduras  (KANNAN; 
SANGILIYANDI; GUNASEKARAN, 1998; DOELLE et al., 1993; YANASE et al., 
1992).  
A  busca  de  microrganismos  fermentadores  de  xilose,  açúcar  mais 
abundante proveniente da fração hemicelulósica, é um dos maiores desafios da 
Biotecnologia  moderna;  uma  vez  que  se  faz  necessária  a  eficiente  e  integral 
conversão  dos  carboidratos  potenciais  oriundos  de  materiais  lignocelulósicos. 
No entanto, uma limitação ao potencial de Z. mobilis para a produção industrial 
de etanol é a sua capacidade de utilizar apenas  a glicose, frutose ou sacarose 
como  fonte  de  energia  (YANASE  et  al.,  2005).  Desta  forma,  a  engenharia 
genética  e  metabólica  aplicada  em  Z.  mobilis  apresenta-se  como  a  melhor  e 
possivelmente a única alternativa para tornar esta bactéria capaz de fermentar 
esta  pentose,  oferecendo  uma  excelente  oportunidade  para  o  processo  de 
melhoria deste microrganismo. 
Com o objetivo de se avançar neste tema e tornar a produção de etanol 
de  segunda  geração  mais  eficiente  recomenda-se  o  desenvolvimento  de 
pesquisa  e  desenvolvimento,  particularmente  com  a  incorporação  de  técnicas 
da Biologia Molecular, a fim de dotar as linhagens utilizadas no presente estudo 
capazes de fermentar também a xilose em etanol. Com isto, avançar-se-ia para 
a  concepção  SSCF  (Simultaneous  Saccharification  and  Cofermentation),  na 
qual a fermentação de ambos os açúcares ocorreriam em uma mesma etapa.  
Este  trabalho  faz  parte  de  uma  das  linhas  de  pesquisas  desenvolvidas 
nos  Laboratórios  de  Desenvolvimento  de  Bioprocessos 
–
  Escola  de  Química/ 

CAPÍTULO 1: Apresentação do tema de tese 
 
 
   
          Danielle da Silveira dos Santos
 
 
5 
UFRJ,  sob  a  coordenação  do  Prof.  Dr.  Nei Pereira  Jr., intitulada  Produção  de 
etanol  de  segunda  geração  por Zymomonas  mobilis  naturalmente  ocorrente  e 
recombinante, empregando biomassa lignocelulósica.  
Neste  contexto,  a  presente  tese  de  doutorado  está  estruturada  da 
seguinte  maneira:  após  este  capítulo  introdutório,  realizou-se  uma  revisão 
bibliográfica  sobre  o  tema,  discorrendo  sobre  a  composição  de  resíduos 
agrícolas  e  agro-industriais,  seus  pré-tratamentos,  novas  concepções 
tecnológicas para a produção de etanol de segunda geração, características da 
bactéria  agente  do  processo  em  tela,  ressaltando  os  principais  resultados 
reportados  na  literatura  (capítulo  2).  Na  sequência,  são  apresentados  os 
objetivos e as justificativas do trabalho (capítulo 3), seguidos das metodologias 
experimentais  e  analíticas  estão  descritas  no  capítulo  4.  Os  resultados  estão 
apresentados  no  capítulo  5,  onde  foram  discutidos  e  comparados  com  base 
nas  informações  disponibilizadas  na  literatura  especializada.  Finalmente,  no 
capítulo  6  registraram-se  as  principais  conclusões,  bem  como  as 
recomendações  para  trabalhos  futuros.
 
Por  fim,  as  referências  bibliográficas 
são apresentadas no sétimo capítulo, através das quais todas as informações 
contidas  nesse  texto  poderão  ser  localizadas  e,  obtidos  mais  detalhes  sobre 
seus registros.  
          Com  o  desenvolvimento  da  presente  pesquisa,  foram  publicados 
(ANEXO) os seguintes trabalhos:  
Artigo publicado em periódico indexado: 

  Santos, D. S.; Camelo, A. C.; Rodrigues, K. C. P.; Carlos, L. C. & Pereira Jr., 
N.  Ethanol  production  from  sugarcane  bagasse  by  Zymomonas  mobilis  using 
Simultaneous  Saccharification  and  Fermentation  (SSF)  Process,  Applied 
Biochemistry and Biotechnology. v. 161, n. 1-8, p. 93-105, 2010. 
Artigos em preparação: 
 

  Santos, D. S.; Peña, J. D Santa Anna, L. M. M. & Pereira Jr., N. Optimization of 
fermentation  conditions  for  the  ethanol  production  from  sugarcane  bagasse  by 
Zymomonas mobilis using Response Surface Methodology. 

  Santos, D. S.; Reis, V. C. B.; Borges, E. R.; E. R.; Santa Anna, L. M. M; Torres, 
F.  A.  G.  &  Pereira  Jr.,  N.  Preliminary  analysis  of  ethanol  production  using  the 
simultaneous  saccharification  for  and  co-fermentation  process  by  recombinant 
Zymomonas mobilis CP4.  
 

CAPÍTULO 1: Apresentação do tema de tese 
 
 
   
          Danielle da Silveira dos Santos
 
 
6 
Trabalhos em congressos nacionais: 

  Santos,  D.  S.;  Souza,  A.  R.;  Reis,  V.  C.  B.;  Borges,  E.  R.;  Torres,  F.  A.  G.  & 
Pereira  Jr,  N.  (2012)  Produção  de  etanol  a  partir  de  bagaço  de  cana-de-açúcar 
pelo  processo  de  hidrólise  enzimática  e  co-fermentação  simultâneas  (SSCF)  por 
Zymomonas  mobilis.  XIX  COBEQ-  Congresso  Brasileiro  de  Engenharia  Química, 
Búzios, RJ.    

  Santos,  D.  S.;  Souza,  A.  R.;  Reis,  V.  C.  B.;  Torres,  F.  A.  G.  &  Pereira  Jr,  N. 
(2012)  Ethanol  production  from  glucose  and  xylose  using  the  recombinat 
Zymomonas mobilis CP4. 4º Congresso Brasileiro de Biotecnologia, Guarujá- SP. 

  Santos, D.S.; Borges, E. R.; Peña, J. D. & Pereira Jr., N. (2011) Produção de 
etanol  a  partir  de  resíduos  da  indústria  de  papel  através  do  processo  SSF  por 
Zymomonas  mobilis  XVIII  SINAFERM 
–
  Simpósio  Nacional  de  Bioprocessos, 
Caxias do Sul 
–
 RS. 

  Santos, D.S.; Peña, J. D. & Pereira Jr., N. (2010) Otimização da concentração 
de  nutrientes  complementares  ao  hidrolisado  celulósico  do  bagaço  de  cana-de-
açúcar.  XVIII  COBEQ-  Congresso  Brasileiro  de  Engenharia  Química,  Foz  do 
Iguaçu, PR    

  Santos, D.S.; Camelo, A.C.; Schirmer, L.; Santos, D. & Pereira Jr., N. (2009). 
Análise  preliminar  da  produção  de  etanol  do  bagaço  de  cana-de-açúcar  pela 
bactéria  Zymomonas  mobilis  CP4,  empregando  o  processo  SSF  (Simultaneous 
Saccharification  and  Fermentation).  XVII  Simpósio  Nacional  de  Bioprocessos 
–
 
SINAFERM. Natal- RN.  
Trabalhos em congressos internacionais: 

  Santos, D. S.; Borges, E. R.; Souza, A. R.; Carlos, L. C.; Santa Anna, L. M. M. 
&  Pereira  Jr,  N.  (2012).  Preliminary  analysis  of  ethanol  production  using  the 
simultaneous  saccharification  for  and  co-fermentation  process  by  recombinant 
Zymomonas  mobilis  CP4.  34nd  Symposium  on  Biotechnology  for  Fuels  and 
Chemicals. 

  Santos, D. S.; Borges, E. R.; Souza, A. R.; Carlos, L. C. & Pereira Jr, N. (2011) 
Control  strategy  for  the  ethanol  production  from  sugar  cane  bagasse  by 
Zymomonas  mobilis  in  a  fed-batch  Bioreactor.  International  symposium  of  alcohol 
fuels (ISAF). 

  Santos, D.S.; Peña, J. D.; Carlos, L. C.; Borges, E. R. & Pereira Jr., N. (2011) 
Ethanol  production  from  waste  paper  industry  using  the  Simultaneous 
Saccharification  and  Fermentation  process  by  Zymomonas  mobilis.  33nd 
Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals.  

  Santos, D.S.; Peña, J. D.; Carlos, L. C.; Gomes, E. B. & Pereira Jr., N. (2010) 
Optimization  of  fermentation  conditions  for  the ethanol  production  from  sugarcane 
bagasse  by  Zymomonas  mobilis  using  Response  Surface  Methodology.  32nd 
Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals.  

  Santos,  D.S.;  Camelo,  A.C.;  Carlos,  L.C.  &  Pereira  Jr.,  N.  (2009).  Ethanol 
production  from  Sugarcane  bagasse  by  Zymomonas  mobilis  using  Simultaneous 
Saccharification  and  Fermentation  (SSF)  Process.  31st  Symposium  on 
Biotechnology for Fuels and Chemicals.  

CAPÍTULO 2: Revisão Bibliográfica 
 
 
 
Danielle da Silveira dos Santos 
 
7