Valorização de subprodutos do cultivo de grãos e cereais como fontes de carbono e nutrientes para produção sustentável de biopigmentos por leveduras

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Balbino, Thércia Rocha
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Agro-industrial by-products; Biotechnology; Biotecnologia; Carotenoides; Carotenoids; Farelo de arroz; Rice bran; Subprodutos agroindustriais; Yeast
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-12122024-115638/

Biopigmentos são produtos de alto valor agregado que podem apresentar propriedades antioxidantes e antimicrobianas e são amplamente utilizados em indústrias de alimentos, cosméticos, fármacos, entre outras. Apesar das diversas aplicações dos biopigmentos, o alto custo da produção biotecnológica torna-os menos atrativos no mercado. Subprodutos agroindustriais são biomassas de baixo custo, com ampla disponibilidade, que podem ser valorizadas em biorrefinarias integradas para obtenção de diversos bioprodutos, como biopigmentos e lipídios, resultando em processos mais sustentáveis e economicamente viáveis. Neste contexto, esta pesquisa teve como objetivo desenvolver estratégias para potencializar a produção sustentável de biopigmentos, especificamente carotenoides, por leveduras utilizando fontes renováveis de baixo custo provenientes do beneficiamento de grãos. Inicialmente, hidrolisados ácidos diluídos de farelo de milho, soja, arroz e trigo foram avaliados como fontes de carbono e nutrientes para produção de biopigmentos pela Rhodotorula mucilaginosa. O potencial da levedura em crescer e produzir biopigmentos a partir de todos os quatro hidrolisados sem serem destoxificados ou suplementados foi destacada. O emprego do hidrolisado de farelo de arroz (HFA) permitiu obter os melhores resultados quanto a produção de biomassa celular e biopigmentos, além de demonstrar o melhor aspecto ambiental de acordo com a análise de ciclo de vida. Em seguida, as principais etapas do bioprocesso (pré-tratamento da biomassa com ácido diluído, fermentação e extração) foram otimizadas a fim de melhorar a eficiência da produção de biopigmentos pela R. mucilaginosa utilizando HFA. Na primeira etapa observou-se que 2,35% (v/v) de HSO, 133°C, 26,54% (m/v) de carregamento de sólidos totais e 200 rpm por 10 min permitiu a obtenção de um HFA contendo 110,80 g/L de carboidratos (soma das concentrações de glicose, xilose e arabinose). O cultivo da R. mucilaginosa foi avaliado utilizando HFA não destoxificado e destoxificado, obtendo os melhores resultados a partir do cultivo com o HFA sem destoxificação, o que pode ser vantajoso para reduzir o uso de reagentes, custo e tempo de processo. Na segunda etapa, observou-se que o cultivo da levedura em HFA a 250 rpm, 25°C e pH inicial 5,05 permitiu a produção de 40 g/L de biomassa celular com teor de lipídios de 36,29%. Na terceira etapa, após uma triagem de biossolventes e condições de extrações, demonstrou-se que utilizar o etanol em extrações com uma razão solido/liquido de 0,06 gcélulas/mLsolvente, em um processo a 30°C por 30 min, foi a melhor estratégia para recuperar os biopigmentos, a qual permitiu obter 4,61 mgcarotenoides/gcélulas, representando uma recuperação de 59,73% dos carotenoides, além de ter sido demonstrado a possibilidade de recirculação do biossolvente. A caracterização do extrato colorido obtido de células da R. mucilaginosa cultivada em HFA demonstrou a presença de ácido palmitoleico e atividade antioxidante, indicando o potencial de aplicação do extrato em diferentes produtos, como cosméticos. A partir dos resultados promissores com o farelo de arroz e considerando a importância de utilizar diferentes biomassas em biorrefinarias, a produção de biopigmentos utilizando a adição da casca de arroz ao farelo também foi avaliada. O uso do hidrolisado misto de farelo e casca de arroz (1:1, m/m) permitiu obter 22,83 g/L de biomassa celular e 1,79 mgcarotenoides/gcélulas. Por fim, a integração dos bioprocessos desenvolvidos nesta pesquisa com outras estratégias biotecnológicas foi proposta em um conceito de biorrefinaria a base do arroz, contribuindo para produção sustentável de produtos de alto valor agregado.