Fontes microbianas alternativas no pré-tratamento do bagaço da cana-de-açúcar para obtenção de biogás
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Data
2026-01-06
Autores
Bernal, Suzan Prado Fernandes
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Editor
Resumo
O aumento da demanda por energias renováveis e a necessidade de reduzir emissões de gases de efeito estufa impulsionam o desenvolvimento de alternativas sustentáveis aos combustíveis fósseis. Neste contexto, o biogás se destaca como fonte estratégica de energia limpa. Este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de um consórcio microbiano composto por fungos filamentosos de solo de serrapilheira e bactérias do intestino de cupins no pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar, visando otimizar a produção de biogás. Foram isolados 40 fungos filamentosos e 9 bactérias do intestino de cupins. A identificação e caracterização taxonômica polifásica, combinando análises morfológicas, moleculares e filogenéticas, permitiu confirmar a diversidade dos isolados e selecionar aqueles com maior potencial lignocelulolítico. Entre os fungos, destacaram-se espécies dos gêneros Aspergillus (A. versicolor BR14, com produção de 716,96 U L⁻¹ de Mnp) e Talaromyces mycothecae SC6.3 (64,24 U mL⁻¹ de xilanase). Entre as bactérias, sobressaíram Rossellomorea marisflavi CPM2 (1.737,27 U L⁻¹ de MnP), Priestia megaterium CPM18 (1.863,79 U L⁻¹ de LiP) e Bacillus subtilis CPM6 (12,67 U mL⁻¹ de celulase). Na etapa de digestão anaeróbica, o pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar com bactérias (BCA+B) apresentou maior produção de biogás (544,10 mL⁻¹; 66,95 LN/kg SV), representando incremento de 26,7% em relação ao controle. Conclui-se que a integração de micro-organismos de habitats distintos, identificados e selecionados por taxonomia polifásica, representa uma estratégia inovadora para reduzir a recalcitrância da biomassa, aumentar a disponibilidade de açúcares fermentáveis e elevar a eficiência da digestão anaeróbica. O impacto da pesquisa reside na proposição de um método sustentável que valoriza resíduos agroindustriais, reduz custos com pré-tratamentos químicos e contribui para mitigação das emissões de gases de efeito estufa. As implicações práticas incluem a aplicação em biorrefinarias e usinas de biogás, fortalecendo a bioeconomia, a gestão de resíduos e a matriz energética renovável no Brasil e em escala global.
Resumen
El aumento de la demanda de energías renovables y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero impulsan el desarrollo de alternativas sostenibles a los combustibles fósiles. En este contexto, el biogás se destaca como una fuente estratégica de energía limpia. Este trabajo tuvo como objetivo evaluar el potencial de un consorcio microbiano compuesto por hongos filamentosos del suelo de hojarasca y bacterias del intestino de termitas en el pretratamiento del bagazo de caña de azúcar, con el fin de optimizar la producción de biogás. Se aislaron 40 hongos filamentosos y 9 bacterias del intestino de termitas. La identificación y caracterización taxonómica polifásica, combinando análisis morfológicos, moleculares y filogenéticos, permitió confirmar la diversidad de los aislados y seleccionar aquellos con mayor potencial lignocelulolítico. Entre los hongos, se destacaron especies de los géneros Aspergillus (A. versicolor BR14, con producción de 716,96 U L⁻¹ de MnP) y Talaromyces mycothecae SC6.3 (64,24 U mL⁻¹ de xilanasa). Entre las bacterias, sobresalieron Rossellomorea marisflavi CPM2 (1.737,27 U L⁻¹ de MnP), Priestia megaterium CPM18 (1.863,79 U L⁻¹ de LiP) y Bacillus subtilis CPM6 (12,67 U mL⁻¹ de celulasa). En la etapa de digestión anaerobia, el pretratamiento del bagazo de caña de azúcar con bacterias (BCA+B) presentó mayor producción de biogás (544,10 mL⁻¹; 66,95 LN/kg SV), representando un incremento del 26,7% en relación con el control. Se concluye que la integración de microorganismos de hábitats distintos, identificados y seleccionados por taxonomía polifásica, representa una estrategia innovadora para reducir la recalcitrancia de la biomasa, aumentar la disponibilidad de azúcares fermentables y elevar la eficiencia de la digestión anaerobia. El impacto de la investigación reside en la proposición de un método sostenible que valoriza los residuos agroindustriales, reduce costos con pretratamientos químicos y contribuye a la mitigación de emisiones de gases de efecto invernadero. Las implicaciones prácticas incluyen la aplicación en biorrefinerías y plantas de biogás, fortaleciendo la bioeconomía, la gestión de residuos y la matriz energética renovable en Brasil y a escala global.
The growing demand for renewable energy and the need to reduce greenhouse gas emissions drive the development of sustainable alternatives to fossil fuels. In this context, biogas stands out as a strategic source of clean energy. This study aimed to evaluate the potential of a microbial consortium composed of filamentous fungi from leaf litter soil and bacteria from the termite gut in the pretreatment of sugarcane bagasse, in order to optimize biogas production. A total of 40 filamentous fungi and 9 termite gut bacteria were isolated. Polyphasic taxonomic identification and characterization, combining morphological, molecular, and phylogenetic analyses, confirmed the diversity of the isolates and enabled the selection of those with the greatest lignocellulolytic potential. Among the fungi, species of the genera Aspergillus (A. versicolor BR14, producing 716,96 U L⁻¹ of MnP) and Talaromyces mycothecae SC6.3 (64,24 U mL⁻¹ of xylanase) were noteworthy. Among the bacteria, Rossellomorea marisflavi CPM2 (1.737,27 U L⁻¹ of MnP), Priestia megaterium CPM18 (1.863,79 U L⁻¹ of LiP), and Bacillus subtilis CPM6 (12,67 U mL⁻¹ of cellulase) stood out. In the anaerobic digestion stage, pretreatment of sugarcane bagasse with bacteria (BCA+B) showed the highest biogas yield (544,10 mL⁻¹; 66,95 LN/kg VS), representing a 26,7% increase compared to the control. It is concluded that the integration of microorganisms from distinct habitats, identified and selected through polyphasic taxonomy, represents an innovative strategy to reduce biomass recalcitrance, increase the availability of fermentable sugars, and enhance anaerobic digestion efficiency. The impact of this research lies in the proposal of a sustainable method that valorizes agro-industrial residues, reduces chemical pretreatment costs, and contributes to mitigating greenhouse gas emissions. Practical implications include applications in biorefineries and biogas plants, strengthening the bioeconomy, waste management, and the renewable energy matrix in Brazil and on a global scale.
The growing demand for renewable energy and the need to reduce greenhouse gas emissions drive the development of sustainable alternatives to fossil fuels. In this context, biogas stands out as a strategic source of clean energy. This study aimed to evaluate the potential of a microbial consortium composed of filamentous fungi from leaf litter soil and bacteria from the termite gut in the pretreatment of sugarcane bagasse, in order to optimize biogas production. A total of 40 filamentous fungi and 9 termite gut bacteria were isolated. Polyphasic taxonomic identification and characterization, combining morphological, molecular, and phylogenetic analyses, confirmed the diversity of the isolates and enabled the selection of those with the greatest lignocellulolytic potential. Among the fungi, species of the genera Aspergillus (A. versicolor BR14, producing 716,96 U L⁻¹ of MnP) and Talaromyces mycothecae SC6.3 (64,24 U mL⁻¹ of xylanase) were noteworthy. Among the bacteria, Rossellomorea marisflavi CPM2 (1.737,27 U L⁻¹ of MnP), Priestia megaterium CPM18 (1.863,79 U L⁻¹ of LiP), and Bacillus subtilis CPM6 (12,67 U mL⁻¹ of cellulase) stood out. In the anaerobic digestion stage, pretreatment of sugarcane bagasse with bacteria (BCA+B) showed the highest biogas yield (544,10 mL⁻¹; 66,95 LN/kg VS), representing a 26,7% increase compared to the control. It is concluded that the integration of microorganisms from distinct habitats, identified and selected through polyphasic taxonomy, represents an innovative strategy to reduce biomass recalcitrance, increase the availability of fermentable sugars, and enhance anaerobic digestion efficiency. The impact of this research lies in the proposal of a sustainable method that valorizes agro-industrial residues, reduces chemical pretreatment costs, and contributes to mitigating greenhouse gas emissions. Practical implications include applications in biorefineries and biogas plants, strengthening the bioeconomy, waste management, and the renewable energy matrix in Brazil and on a global scale.
Abstract
Descrição
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Doutora em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
biogás, bagaço de cana, fungos, bactérias