Unicamp desenvolve levedura que pode aumentar eficiência na produção de etanol de milho

A produção de etanol de milho, uma atividade relativamente recente no Brasil, já representa cerca de 30% de todo o etanol produzido no país. Diante do avanço acelerado desse segmento, pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) desenvolveram uma levedura geneticamente modificada com potencial para aumentar a eficiência do processo de fermentação do milho.
A tecnologia foi criada por pesquisadores do Laboratório de Genômica e Bioenergia do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp, sob coordenação do professor Gonçalo Amarante Guimarães Pereira. A inovação foi protegida e licenciada para a BIOINFOOD, empresa-filha da universidade, por meio de uma estratégia conduzida pela Agência de Inovação da Unicamp (Inova Unicamp), com interveniência da Fundação de Desenvolvimento da Unicamp (Funcamp).

O desafio da fermentação para etanol de milho

O etanol de milho surgiu como alternativa complementar ao etanol de cana-de-açúcar, uma vez que o milho oferece vantagens logísticas importantes. Diferentemente da cana, que precisa ser processada em até 48 horas após o corte, o grão de milho pode ser armazenado em silos por meses sem perder qualidade. Essa característica permite que produtores aproveitem a entressafra da soja para cultivar milho, o que favorece a rotação de culturas e reduz o impacto ambiental. Além disso, a cadeia produtiva do milho gera subprodutos de alto valor, como óleo e ração animal, o que torna a biorrefinaria do milho ainda mais atrativa economicamente.

“O custo do etanol de milho é muito inferior ao custo do etanol de cana, e muito menos complexo de fazer, porque eles não têm a parte agrícola. Após ser colhido, o milho pode ser armazenado, coisa que não é possível com a cana”,  enfatiza Pereira.

Apesar das vantagens, o processo de fermentação do milho enfrenta um desafio técnico específico. A levedura tradicionalmente usada na produção de etanol converte facilmente o açúcar da cana em etanol. Porém, o milho não contém esse mesmo tipo de açúcar. Seu principal componente é o amido, uma longa cadeia de moléculas de glicose que a levedura não consegue processar diretamente.

Para resolver isso, é preciso quebrar o amido em moléculas menores antes da fermentação, em um processo que usa duas enzimas chamadas amilases. A primeira, a alfa-amilase, atua em alta temperatura, geralmente acima de 90 graus Celsius, e fragmenta o amido em cadeias médias. A segunda, a glucoamilase, atua durante a fermentação e finaliza a quebra, transformando essas cadeias em moléculas de glicose que a levedura consegue fermentar.

O problema é que a alfa-amilase tradicional só funciona em alta temperatura, incompatível com a fase de fermentação, que ocorre por volta de 30 graus. Por isso, ela precisa ser adicionada antes, em uma etapa separada, o que encarece o processo. Além disso, mesmo com essa etapa prévia, uma parte do amido, estimada em cerca de dez por cento, não é totalmente quebrada e acaba descartada durante a fermentação, reduzindo o rendimento final de etanol.

Encontrando a solução com ajuda computacional

A tecnologia desenvolvida na Unicamp atua como uma solução justamente para esse gargalo. Usando ferramentas de bioinformática e análise computacional de grandes bancos de dados genômicos, a equipe procurou enzimas ainda não usadas em leveduras industriais. O critério mais desafiador foi encontrar uma alfa-amilase capaz de funcionar em baixa temperatura, próxima à da fermentação, algo raro entre as enzimas conhecidas, já que a quase totalidade delas só funciona em altas temperaturas.

“Foi um esforço grande de procurar, nos milhões de dados públicos de proteínas que existem, de todos os organismos sequenciados, uma alfa-amilase que atua em baixa temperatura. 99,9% das alfa-amilases só funcionam a 80 graus”, explica Marcelo Falsarella Carazzolle, um dos pesquisadores responsáveis pela tecnologia.

Após identificar as enzimas promissoras, a equipe inseriu os genes correspondentes em uma levedura industrial e criou uma linhagem capaz de produzir sozinha tanto a nova alfa-amilase quanto uma nova glucoamilase, sem depender da adição externa dessas enzimas durante o processo. Em testes de bancada, comparando a nova levedura com uma linhagem convencional, os pesquisadores verificaram que a nova cepa dispensa completamente a adição de glucoamilase externa e ainda consegue quebrar parte do amido residual que normalmente se perde no processo tradicional.

Essa dupla capacidade representa uma vantagem direta para a indústria, com potencial de aumentar a produção de etanol usando a mesma quantidade de milho, além de reduzir custos com a compra de enzimas comerciais.

Licenciamento e potencial de mercado

Todo o trabalho de identificação das enzimas foi realizado em pouco mais de dois anos, um prazo relativamente curto que se tornou possível graças à velocidade de reprodução dos microrganismos usados nos experimentos. Embora recentes, os resultados obtidos na pesquisa já demonstraram potencial suficiente para atrair o interesse do mercado.

Atualmente, a invenção está licenciada para a empresa-filha da Unicamp, BIOINFOOD, que valida a tecnologia em escalas maiores e ajuda os pesquisadores a acessar amido hidrolisado proveniente de processos industriais reais, algo que não era possível reproduzir em condições de bancada.

Segundo os pesquisadores, o objetivo dessa nova etapa é confirmar em escala industrial os ganhos observados em laboratório, principalmente a redução do amido não aproveitado no processo convencional. Se confirmados, esses resultados podem tornar a levedura um produto comercial relevante para toda a cadeia de produção de etanol de milho no Brasil.

“Essa é uma tecnologia de altíssimo nível científico. É nosso papel transformá-la em um produto comercial relevante, com todo o rigor de validação que a escala industrial exige”, comenta Gleidson Teixeira, Co-fundador, Diretor Científico & Comercial na BIOINFOOD.