Avaliação da capacidade fermentativa de diferentes leveduras consumidoras de D-xilose do gênero Spathaspora isoladas da Mata Atlântica e da Floresta Amazônica brasileira

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Souza, Jonas Paulino de [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Hemicelulose; cana-de-açúcar; Biomassa; Xilitol; Etanol
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/259057

A crescente demanda por combustíveis renováveis e produtos sustentáveis tem direcionado esforços para o desenvolvimento de alternativas baseadas em biomassa vegetal, como a biomassa de cana-de-açúcar. Contudo, a conversão eficiente de materiais lignocelulósicos em biocombustíveis e bioprodutos apresenta desafios significativos, sobretudo devido à complexidade estrutural desses materiais e à necessidade de microrganismos com alta eficiência fermentativa. Nesse cenário, o gênero Spathaspora se destaca por incluir espécies de leveduras fermentadoras de D-xilose, com grande potencial para a produção de biocombustíveis, como o etanol, e bioprodutos de alto valor, como o xilitol. Portanto, este estudo propôs uma abordagem inovadora ao avaliar, pela primeira vez, a capacidade fermentativa de Spathaspora boniae UFMG-CM-Y306 e Spathaspora brasiliensis UFMG-HMD19.3 em hidrolisado hemicelulósico da biomassa de cana-de-açúcar. Na primeira etapa, os experimentos foram realizados em frascos Erlenmeyer para otimizar quatro fontes de nitrogênio (ureia, extrato de levedura, peptona e sulfato de amônio) na produção de xilitol e etanol. Os resultados indicaram condições específicas para cada levedura. Para S. boniae, sem estoxificação do hidrolisado, os valores experimentais de xilitol foram de 9,74 g/L (YP/S = 0,455 g/g, QP = 0,135 g/Lh) e de etanol 4,71 g/L (YP/S = 0,191 g/g, QP = 0,065 g/Lh). Já para S. brasiliensis, em hidrolisado destoxificado, os valores foram de 10,11 g/L de xilitol (YP/S = 0,473 g/g, QP = 0,140 g/Lh) e 2,60 g/L de etanol (YP/S = 0,121 g/g, QP = 0,036 g/Lh). Na segunda etapa, a produção de xilitol por S. boniae foi otimizada em biorreator utilizando hidrolisado sem destoxificação. Parâmetros como agitação e aeração foram ajustados, resultando em condições ideais de 97 rpm e 1,5 vvm, com valor predito de 13,96 g/L de xilitol. Além disso, a atividade das enzimas xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH) foi avaliada, revelando que a maior produção de xilitol está associada à elevada atividade de XR (dependente de NADPH) em condições de baixa agitação e aeração. Em contrapartida, maior agitação favoreceu a atividade de XDH (dependente de NAD+), resultando em menor razão XR/XDH e desvio metabólico para a produção de biomassa. O estudo demonstrou que S. boniae apresenta vantagens significativas, incluindo maior produção de xilitol em comparação ao etanol, especialmente sob condições de baixa agitação e aeração. Notavelmente, a capacidade de fermentar hidrolisado hemicelulósico sem destoxificação pode simplificar o processo, reduzir custos e destaca a S. boniae como uma candidata promissora para a produção sustentável de xilitol e outros bioprodutos. A valorização de leveduras nativas, como as de biomas brasileiros, e o reaproveitamento de resíduos agroindustriais reforçam o papel desse estudo na busca por soluções biotecnológicas sustentáveis.