Feasibility of bioethanol production from rice bran / Viabilidade da produção de bioetanol a partir do farelo de arroz

ABSTRACT

Rice bran is a by-product of rice production with a high carbohydrate and starch content and the potential for bioethanol production by alcoholic fermentation. This article describes bioethanol production by Saccharomyces cerevisiae from hydrolyzed defatted rice bran (DRB) a rice by-product applying ultrasonic treatment and protease addition, as well as a sequential strategy of experimental design (SEED). In the first Central Composite Rotatable Design (CCRD), the temperature (25-30 °C) and inoculum concentration (0.5-50 g L-¹) had positive effects on bioethanol production, while the effect of pH (4.0-6.0) was not significant. In the second CCRD, the temperature (28-35 °C) and inoculum concentration (10-70 g L-¹) had negative and positive effects on bioethanol production (p< 0.05). Protease addition (15 µL g-¹) increased the conversion of substrate into bioethanol by 76%. The optimized conditions for the production of 40.7 g L-¹ bioethanol were a temperature of 31.5 °C and an inoculum concentration of 70 g L-¹. Validation in a benchtop bioreactor produced 40.0 g L-¹ of bioethanol from hydrolyzed DRB, and the SEED was characterized as a useful tool to improve bioethanol production from DRB. Furthermore, the DRB proved to be a by-product with great potential for bioethanol production, derived from alternative sources not commonly used in human food.

RESUMO

O farelo de arroz é um subproduto com alto teor de carboidratos e amido, com potencial para produção de bioetanol por fermentação alcoólica. O presente artigo descreve a produção de bioetanol pela ação da Saccharomyces cerevisiae no farelo de arroz desengordurado hidrolisado (DRB) - um subproduto do arroz - com a aplicação do tratamento ultrassônico e adição de protease, e estratégia sequencial de planejamento experimental (SEED). No primeiro Delineamento Composto Central Rotacional (CCRD), a temperatura (25-30 °C) e a concentração de inóculo (0,5-50 g L-¹) tiveram efeitos positivos na produção de bioetanol, enquanto o pH (4,0-6,0) não foi significativo. No segundo CCRD, a temperatura (28-35 °C) e a concentração do inóculo (10-70 g L-¹) tiveram efeitos negativo e positivo, respectivamente, na produção de bioetanol (p < 0,05). A adição de protease (15 µL g-¹) aumentou a conversão do substrato em bioetanol em 76%. Na temperatura de 31,5 °C e concentração de inóculo de 70 g L-¹ obteve-se a condição otimizada para produção de bioetanol, com a produção de 40,7 g L-¹. Na validação, realizada em um fermentador de bancada, foram produzidos 40,0 g L-¹ de bioetanol a partir de DRB hidrolisado; e o SEED foi caracterizado como uma ferramenta útil para otimizar a produção de bioetanol a partir de DRB. Além disso, o DRB provou ser um subproduto com grande potencial para a produção de bioetanol, derivado de fontes alternativas normalmente não utilizadas na alimentação humana.