Otimização da hidrólise da casca de soja (glycine max) e avaliação da capacidade de produção de xilitol e etanol por microrganismos sobre este hidrolisado - Cassales, Ana Ribeiro (2010)
Resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de soja, são fontes abundantes e de baixo custo para produção biotecnológica de compostos de alto valor agregado. É o caso da produção de xilitol e etanol. Esse processo biotecnológico promove um aproveitamento completo dos resíduos lignocelulósicos, utilizando as frações celulósica e hemicelulósica para a obtenção de commodities. O presente trabalho teve como objetivo otimizar a hidrólise ácida diluída utilizando como ferramenta o planejamento experimental e ampliar os conhecimentos sobre a produção biotecnológica de xilitol e etanol mediante o cultivo de microrganismos sobre o hidrolisado de casca de soja. A casca da soja mostrou-se um resíduo bastante promissor, já que o teor de lignina total encontrado nestas amostras foi menor que 10% e o teor de açúcares fermentescíveis foi de 65%. O primeiro planejamento experimental realizado baseou-se em um planejamento fatorial completo 23 com ponto central. O tratamento, cujas variáveis foram 122 °C, 8,8 g g-1 e 2 mmol H2SO4 g-1 SS, foi o que obteve melhores resultados no maior tempo de reação (40 min), liberando em torno de 6,3 g L-1 de xilose, 0,02 g L-1 de furfural, 0,07 g L-1 de hidroximetilfurfural e 1,5 g L-1 de glicose. A relação sólido-líquido (na faixa de 8,8 a 11,2 g g-1) não foi significativa para liberação de glicose e xilose, e um aumento no tempo de reação mostrou como tendência o aumento da liberação dos açúcares. Com base nos resultados deste primeiro planejamento, um segundo planejamento experimental foi realizado abrangendo apenas as variáveis significativas para liberação de açúcares (temperatura e concentração de ácido). O segundo planejamento experimental baseou-se em um planejamento composto central 22. A máxima solubilização dos açúcares (87% de eficiência) foi obtida em 153 °C e 1,8 mmol H2SO4 g-1, gerando cerca de 10 g L-1 total de tóxicos. Uma função objetivo foi elaborada a fim de limitar a formação de substâncias tóxicas (máximo de 4 g l-1) e maximizar a concentração dos açúcares. O melhor tratamento (59% de eficiência) foi de 118 °C e 2,8 mmol H2SO4 g-1 SS em 40 minutos. Após a otimização do tratamento de hidrólise foram realizados cultivos com o hidrolisado obtido no melhor tratamento do primeiro planejamento experimental, concentrado 4 vezes. Com relação à produção de etanol e xilitol, foram avaliados cultivos com consórcios e isolados microbianos. O consórcio contendo Zymomonas mobilis, Candida tropicalis e Candida guilliermondii, em condições anaeróbias, produziu 3,1 g L-1 e 2,2 g L-1 de etanol em 132 horas de cultivo sobre hidrolisado de casca de soja e meio sintético, respectivamente. Este consórcio, em condições microaerófilas, produziu 6,7 g L-1 de etanol (às 12 horas) e 2,3 g L-1 de xilitol (84 horas de cultivo) sobre o hidrolisado de casca de soja, e consumiu 100% dos açúcares presentes no cultivo sobre meio sintético sem a produção de etanol e xilitol. As leveduras C. guilliermondii e Debaryomyces hansenii, reconhecidas produtoras de xilitol foram testadas isoladamente sobre hidrolisado de casca de soja, em condições microaerófilas. C. guilliermondii produziu 1,4 g L-1 de etanol em 60 horas de cultivo e 3,6 g L-1 de xilitol em 120 horas de cultivo sobre hidrolisado de casca de soja. Em meio sintético houve a produção de aproximadamente 7 g L-1 de xilitol nas mesmas 120 horas. Não houve produção de etanol. D. hansenii produziu 8 g L-1 de xilitol em 24 horas de cultivo sobre hidrolisado de casca de soja. Em meio sintético não foi observada a produção de etanol e xilitol.