Embrapa avança em pesquisa para aumentar produção de etanol

Pesquisadores da Embrapa Agroenergia (DF) investem em um meio diferente de aumentar a eficiência da produção de etanol: reduzir perdas geradas por microrganismos indesejados.
O primeiro passo é conhecer quais são os microrganismos presentes na indústria. Alguns trabalhos já descreviam algumas espécies e gêneros encontrados nas usinas, mas pesquisadores da Embrapa, com participação da Universidade Católica de Brasília, fizeram um estudo com duas novidades principais. Para começar, pela primeira vez, em uma usina sucroenergética foram identificadas arqueias, seres vivos ainda recentemente agregados ao conhecimento científico. Outra novidade é o uso de técnicas de busca de fungos e bactérias a partir do DNA.

Pesquisa Embrapa identifica microrganismos indesejados

A abordagem mais moderna conhecida como metagenômica, utilizada pela Embrapa Agroenergia nesse estudo, permite extrair o DNA das amostras sem necessidade de cultivo em meio sintético, de forma que os cientistas conseguem explorar 99% de microrganismos que não são identificados pelos métodos clássicos.

Pelas metodologias tradicionais, para saber se há microrganismos em um determinado ambiente, as amostras que chegam ao laboratório são inseridas em meios de cultivo e espera-se que bactérias e fungos cresçam ali para então identificá-los. O problema é que apenas 1% dos microrganismos pode ser cultivado no laboratório.

Os microrganismos não comprometem a qualidade do etanol, tampouco a presença deles no ambiente de produção representa risco. Pelo contrário, é esperada em qualquer local não esterilizado, como é o caso das usinas, ressalta a pesquisadora Betania Ferraz Quirino, da Embrapa Agroenergia. Só que eles podem reduzir o volume de produção.

O etanol é gerado também por um microrganismo, a levedura Saccharomyces cerevisiae, que consome o açúcar do caldo da cana e o converte no biocombustível. No entanto, tal como ervas daninhas, outros microrganismos podem competir com essa levedura pelo açúcar, deixando menos carboidratos disponíveis para a fermentação e, consequentemente, para a produção de etanol. Eles também podem produzir ácidos orgânicos que inibem a atividade metabólica da Saccharomyces cerevisiae, além de gerar biofilmes (camada de microrganismos e matéria orgânica que se acumula no interior das tubulações) que comprometem o funcionamento dos equipamentos da indústria, exigindo paradas para limpeza. Esse fato encarece o processo de produção, além de poder danificar os equipamentos.

Estudo nas etapas de produção

Para as análises na pesquisa da Embrapa, foram coletadas amostras de seis produtos, de diferentes etapas do processo de produção do etanol: caldo de cana proveniente de uma única propriedade rural, caldo de cana de diversas propriedades misturado, caldo clarificado, caldo evaporado, mosto e vinho.

Nas etapas iniciais de produção, o estudo identificou bactérias associadas ao solo e às próprias plantas de cana-de-açúcar. Assim, a diversidade aumenta quando se analisa a mistura de caldos de canas de diferentes propriedades, já que se tem maior variedade de solos e plantas, explica a pesquisadora da Embrapa Agroenergia Betania Quirino.  Leuconostoc foi o gênero predominante no primeiro caldo e Lactobacillus, no segundo.

As etapas seguintes do processo de produção nas usinas utilizam altas temperaturas, o que faz a diversidade de bactérias diminuir drasticamente. No caldo evaporado e no caldo clarificado, os testes encontraram principalmente DNA de gêneros capazes de produzir biofilmes. Essa característica é um dos fatores que pode explicar a sobrevivência desses microrganismos em ambiente com alta temperatura. Ao mesmo tempo, os biofilmes produzidos constituem um dos fatores de comprometimento de produtividade causado por microrganismos.

Já na etapa de fermentação, Lactobacillus voltam a ser o gênero dominante. Eles eram encontrados em grande número nas primeiras etapas de produção, mas a população cai drasticamente durante as fases que utilizam altas temperaturas. Uma possibilidade é que a etapa final favoreça a proliferação dos poucos sobreviventes, que crescem rapidamente. No entanto, também é possível que os equipamentos contenham Lactobacillus de fermentações anteriores, que passam, então, a ser encontrados no vinho. Isso reforça a necessidade de limpeza cuidadosa dos equipamentos.

Na busca por fungos e arqueias, os cientistas da Embrapa Agroenergia conseguiram encontrar material genético desses microrganismos apenas nas amostras dos dois produtos das etapas mais iniciais estudadas: o caldo e a mistura de caldos. Contudo, não é possível descartar a presença deles nas fases seguintes da produção.

Microrganismos ainda não catalogados

As principais sequências de DNA de fungos encontradas são de espécies ainda não classificadas, o que sugere a presença de uma rica diversidade desses microrganismos, diferente do que apontam os estudos baseados apenas em métodos de cultivo. Betania conclui que este estudo encontrou uma diversidade microbiana na indústria de etanol maior do que a conhecida até então. Quanto às arqueias, grande parte do material encontrado pertence ao filo Thaumarchaeota, o mais abundante na Terra.

Mas a pesquisadora ressalta que este é um espaço para muitas outras descobertas. Para começar, boa parte dos microrganismos encontrados ainda não foi classificada pela ciência e é possível que existam arqueias e fungos nos estágios mais avançado de produção que não puderam ser detectados até agora.

Levantamentos comparando a população microbiana em usinas de diferentes regiões também podem revelar dados importantes para o setor, assim como estudos direcionados ao controle de contaminantes. As duas linhas de pesquisas devem ser exploradas pela Embrapa Agroenergia e parceiros nos próximos anos.

Embrapa Agroenergia