Biotechnological approaches for the conversion of agricultural residues into bioethanol

Growing awareness of environmental issues related to increased oil consumption has prompted a shift towards cleaner and more sustainable alternatives. The increasing demand for sustainable energy has intensified the exploration of alternative eco-friendly biofuels options. One key strategy involves the utilization of abundant agricultural waste streams as renewable feedstock to produce biofuels. This study is focused on utilizing agricultural wastes, specifically sugarcane bagasse liquor (SBL), as a substrate for the production of bioethanol, one of the most promising biofuels. SBL, an abundant by-product of the sugar industry, presents a significant opportunity for renewable energy production, although it possesses a substantial lignocellulosic content. The challenges posed by the inhibitors content in sugarcane bagasse liquor, particularly after steam explosion pre-treatment, were studied. The project employed Saccharomyces cerevisiae Ethanol RedTM (ER), an industrial yeast strain renowned for its exceptional ethanol capabilities to tackle that issue. The primary objective aimed to study the genetical variability in heterothallic industrial yeast strain using a classical genetic approach. Based on a previous study by Gupte et al., (2023) on three different homothallic S. cerevisiae strains, a collection of mono-spore colonies (MSCs) was obtained from ER and tested for their growth in the presence of different inhibitors, such as NaCl, formic acid, and furfural, selected as representative inhibitors hugely present in the SBL (Gupte et al., 2022). A few have been selected for their ability to show variability respecting to parental strain (PS) of ER in presence of each inhibitor. The metabolomic fingerprinting of selected MSCs could be useful to decipher potential pathways supporting specific MSCs resistance towards the applied stressors. This study resulted in a promising selection of MSCs with great potential as superior yeast strains to be used at industrial level for bioethanol production. Further explorations will involve strategies to optimize fermentation conditions and potential genetic modification to enhance S. cerevisiae ER’s tolerance and efficiency in bioethanol production starting from complex substrates, such as SBL.

La crescente consapevolezza riguardo le problematiche ambientali legate all'aumento del consumo di petrolio ha spinto verso alternative più green e sostenibili. Infatti, la crescente richiesta di energia sostenibile ha spinto verso la ricerca di biocarburanti alternativi e più ecologici. Una strategia chiave in questo processo prevede l'utilizzo di scarti agricoli come materia prima rinnovabile per la produzione di biocarburanti. Questo studio si concentra sull'utilizzo degli scarti agricoli, in particolare il liquor di bagassa di canna da zucchero, come substrato per la produzione di bioetanolo, uno dei più promettenti biocarburanti. Il liquor di bagassa di canna da zucchero, un abbondante sottoprodotto dell'industria dello zucchero, rappresenta una significativa opportunità per la produzione di energia rinnovabile, nonostante il ricco contenuto in lignocellulosa. Infatti, sono stati studiati gli effetti di diverse concentrazioni di inibitori, solitamente presenti nel liquor di bagassa di canna da zucchero dopo aver subito pretrattamento tramite steam explosion, sulla crescita di Saccharomyces cerevisiae, la specie di lievito più utilizzata per la produzione di bioetanolo da scarti lignocellulosici. A tale scopo è stato impiegato il ceppo industriale di lievito Saccharomyces cerevisiae Ethanol RedTM (ER), rinomato per le sue eccezionali capacità di produrre etanolo. L'obiettivo principale era studiare la variabilità genetica nel ceppo di lievito industriale eterotallico, utilizzando un approccio genetico classico. Basandosi su uno studio precedentemente svolto da su tre ceppi di S. cerevisiae omotallici (Gupte et al., 2023), una collezione di colonie mono-sporali (MSCs) è stata ottenuta e testata per la crescita in presenza di diversi inibitori, come NaCl, acido formico e furfurale, selezionati in quanto inibitori ampiamente presenti nel liquor di bagassa di canna da zucchero (Gupte et al., 2022). Alcune MSCs sono state selezionate per la loro capacità di mostrare variabilità rispetto al ceppo parentale (PS) di ER in presenza di ciascun inibitore. Infine, il fingerprinting metabolomico delle MSCs selezionate potrebbe essere utile per decifrare le potenziali vie che supportano la resistenza di specifiche MSCs agli stress applicati. Questo studio ha portato alla selezione di MSCs promettenti, con un grande potenziale come ceppi di lievito superiori da utilizzare a livello industriale per la produzione di bioetanolo. Ulteriori ricerche si baseranno su strategie per ottimizzare le condizioni di fermentazione e su potenziali modifiche genetiche per migliorare la tolleranza ed efficienza di S. cerevisiae ER nella produzione di bioetanolo a partire da substrati complessi, come il liquor di bagassa di canna da zucchero.