Um grupo de cientistas da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) criou uma cepa de levedura geneticamente modificada que promete otimizar a produção de etanol a partir do milho. Esta inovação possibilita a utilização de uma parte do amido que, em processos convencionais, não é convertida durante a fermentação, o que pode resultar em um aumento na quantidade de biocombustível gerado com o mesmo volume de matéria-prima.
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Essa nova linhagem de levedura também se mostra capaz de reduzir a dependência de enzimas comerciais durante a fermentação, implicando numa diminuição significativa dos custos para as indústrias. Os dados sobre essa tecnologia foram coletados em experimentos laboratoriais e atualmente estão sendo validados em escalas maiores.
O projeto foi realizado pelo Laboratório de Genômica e bioEnergia do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp, sob a liderança do professor Gonçalo Amarante Guimarães Pereira.
A invenção foi licenciada para a Bionfood, uma empresa derivada da universidade, através das estratégias da Agência de Inovação da Unicamp (Inova Unicamp), com suporte da Fundação de Desenvolvimento da Unicamp (Funcamp).
Esse avanço visa enfrentar um dos principais desafios na produção de etanol a partir do milho. Ao contrário da cana-de-açúcar, cuja composição principal é açúcar, o milho contém amido, que consiste em longas cadeias de glicose. A levedura convencional utilizada nesse processo não consegue converter esse material eficientemente.
Para que o amido seja fermentado adequadamente, é necessário que ele seja fragmentado em moléculas menores antes do processo. Essa degradação depende principalmente da ação das enzimas alfa-amilase e glucoamilase.
A alfa-amilase tradicional opera em altas temperaturas, geralmente acima dos 90°C, quebrando o amido em frações menores. Por outro lado, a glucoamilase atua durante a fermentação finalizando a conversão das cadeias fragmentadas em glicose, que é então metabolizada pela levedura.
Entretanto, um dos entraves é que a alfa-amilase convencional não desempenha bem sua função nas temperaturas empregadas na fermentação, que gira em torno dos 30°C. Assim, seu uso deve ocorrer anteriormente em um estágio separado do processo.
Além dos custos adicionais impostos por esse procedimento, os pesquisadores estimam que cerca de 10% do amido não seja totalmente convertido no método tradicional e acabe descartado durante a fermentação, resultando numa redução no rendimento potencial do milho.
Bioinformática auxilia na descoberta de nova enzima
Para contornar essa limitação, os pesquisadores utilizaram bioinformática e análise computacional para explorar vastos bancos de dados genômicos.
A equipe procurou por uma alfa-amilase que funcionasse eficazmente em temperaturas próximas às utilizadas durante a fermentação. Marcelo Falsarella Carazzolle, um dos integrantes do time responsável pela inovação, destacou que encontrar uma enzima com essas propriedades foi um desafio crucial para o projeto.
“Realizamos um extenso trabalho buscando entre milhões de dados públicos sobre proteínas disponíveis dos organismos sequenciados uma alfa-amilase ativa em baixas temperaturas. A grande maioria delas opera apenas a partir dos 80 graus”, comentou ele.
Após identificar enzimas promissoras, os cientistas introduziram os genes correspondentes em uma levedura utilizada industrialmente.
Com essa modificação genética, foi desenvolvida uma linhagem capaz de produzir tanto uma nova alfa-amilase quanto uma nova glucoamilase.
Nova levedura pode aproveitar amido atualmente desperdiçado
Nos experimentos realizados em bancada, os cientistas compararam o desempenho da nova levedura com uma linhagem tradicional. Os resultados mostraram que a cepa modificada elimina completamente a necessidade da adição externa de glucoamilase.
Adicionalmente, esta levedura conseguiu degradar parte do amido residual geralmente não aproveitado nos métodos convencionais.
Se os resultados obtidos forem confirmados na escala industrial, essa tecnologia poderá aumentar significativamente a produção de etanol usando o mesmo volume de milho e simultaneamente reduzir os gastos com enzimas comerciais.
O desenvolvimento dessa tecnologia levou pouco mais de dois anos para ser concluído desde a identificação das enzimas até sua implementação.
Tecnologia avança para validação em maior escala
Apesar dos resultados promissores obtidos até agora no laboratório, é essencial confirmar o desempenho desta nova levedura sob condições mais próximas das encontradas nas usinas produtoras.
A invenção foi licenciada à Bionfood para validar essa tecnologia em escalas maiores. Essa parceria também possibilita aos pesquisadores testarem amido hidrolisado oriundo de processos industriais reais.
O foco é averiguar se os benefícios observados nos testes laboratoriais se mantêm ao serem aplicados em larga escala industrial.
“Esta tecnologia representa um alto nível científico. Nossa missão é transformá-la em um produto comercial significativo seguindo rigorosos padrões de validação exigidos pela indústria”, declarou Gleidson Teixeira, cofundador e diretor científico e comercial da BIOINFOOD.
Etanol produzido com milho ganha destaque no Brasil
Essa inovação aparece num contexto onde a produção brasileira de etanol à base de milho está crescendo consideravelmente. Informações divulgadas pela Unicamp indicam que este tipo de combustível já representa aproximadamente 30% da produção total nacional deste biocombustível.
Uma das vantagens do milho reside na sua capacidade de armazenamento. Diferente da cana-de-açúcar – que deve ser processada rapidamente após o corte – o grão pode ser mantido armazenado por vários meses sem comprometer sua qualidade.
Além disso, essa produção permite aproveitar subprodutos gerados durante o processamento do milho, como óleo e ingredientes destinados à ração animal.
“O custo para produzir etanol com milho é significativamente menor quando comparado ao etanol derivado da cana-de-açúcar e seu processo é menos complexo devido à ausência das etapas agrícolas envolvidas na cana. Após colher o milho, ele pode ser estocado; isso não ocorre com cana”, afirmou Pereira.
Caso as evidências laboratoriais sejam corroboradas nas próximas fases de validação, esta nova levedura poderá representar uma alternativa eficiente para maximizar o aproveitamento da matéria-prima e melhorar as operações das usinas produtoras de etanol à base de milho.