Development of bioprocess for fibrolytic fungal enzymes production from lignocellulosic residues and its application on kraft pulp biobleaching and xylooligosaccharides production - Campioni, Tania Sila [UNESP] (2018)
Desejando ao final do trabalho obter um bioprocesso integrado usando palha de cana-de-açúcar (PC), este trabalho teve início com a utilização desse substrato para produção de enzimas fribrolíticas, xilanases e celulases, em culturas axênicas, incluindo espécies de Trichoderma e Aspergillus. A triagem para o melhor produtor foi realizada em “shaker” em fermentação submersa. A cultura do fungo T. reesei QM9414 alcançou a melhor produção de enzimas, e em tanque agitado, utilizando um biorreator de 3 L, mostrou o mesmo perfil de produção (~90 U/mL, 0.6 FPU/mL para xilanase e celulases, respectivamente). Em relação a este resultado, a produção de enzimas para as misturas binárias e ternárias destes fungos foi menor, sendo que a melhor combinação, T. reesei QM 9414+A. fumigatus M51, alcançou 60 U/mL e 0.08 FPU/mL respectivamente. Com intuito de otimizar a produção de enzimas utilizando um mix de substratos: palha de cana, como principal componente, e o farelo de trigo e a polpa cítrica, como supostos indutores de atividade enzimática, foi realizado um delineamento de misturas do tipo D-optimal. O resultado da otimização da mistura dos substratos mostrou que o trigo e a polpa cítrica não tiveram um efeito indutivo na produção das enzimas tendo a palha de cana como principal substrato. A enzima xilanase foi caracterizada em seu pH e temperatura ótimos (pH 5, e 50 ºC respectivamente), bem como a estabilidade da enzima nestes parâmetros. Alguns íons e EDTA foram aplicados para determinar a estabilidade da enzima nessas condições, sendo o melhor indutor o Mn2+ com 49% de aumento de atividade (10 mM). O extrato contendo xilanases, produzido nas condições previamente otimizadas foi aplicado no biobranqueamento da polpa Kraft. A otimização da biobranqueamento mostrou uma diminuição do índice Kappa, 12.5% (30 U/g e 30 min), bem como houve a liberação de açúcares e compostos cromóforos. Este tratamento na polpa foi responsável por diminuir em 10% a quantidade de dióxido de cloro utilizado no branqueamento químico, uma vez que sua alvura foi a mesma que o controle sem tratamento enzimático. A xilana presente na PC foi extraída com NaOH por meio de tratamento termo-químico. Após este processo a xilana foi hidrolisada, para a produção de xiloligossacarídeos (XOS) por duas diferentes rotas, com enzimas (utilizando o extrato contendo xilanases), e com ácido fosfórico (95 ºC e 120 ºC). Os melhores ensaios que produziram XOS nas duas rotas não apresentaram diferença significativa, 5.34 e 5.94 g/L correspondendo a 16 e 17.45% de rendimento em XOS. A produção de XOS por via enzimática não formou furfural, entretanto, a hidrólise ácida de XOS é uma alternativa mais rápida. XOS e xilose foram produzidos por meio da hidrólise enzimática da xilana, foram assimilados por bactérias probióticas e por uma levedura produtora de xilanase e celulase. Assim, os resultados mostram que a PC pode ser usada em bioprocessos utilizando microrganismos especiais, visando a produção de enzimas, açúcares fermentecíveis, aproveitamento de resíduos e produção de moléculas nobres tais como o XOS, dentro de um conceito moderno de biorrefinaria desde que outros componentes presentes na PC possam ser utilizados em outros bioprocessos, como produção de bioenergia.