Desenvolvimento de coquetéis enzimáticos customizados para a hidrólise de substratos com elevados teores de hemicelulose e lignina

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Santos, Flávia Danielle dos
• 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: α-arabinofuranosidase; β-Xilosidase; β-Xylosidase; Cellic CTec2; Enzymatic hydrolysis; Esterases; Hidrólise enzimática

O presente trabalho teve como objetivo desenvolver coquetéis enzimáticos para a hidrólise de substratos específicos gerados a partir de bagaço de cana pré-tratado com tecnologias brandas de pré-tratamento (processo sulfito-alcalino e processo biológico com o fungo Ceriporiopsis subvermispora). Inicialmente, os substratos em estudo foram hidrolisados empregando diferentes cargas do complexo enzimático comercial Cellic CTec2 (5, 10 e 20 FPU/g de substrato) de modo a determinar a performance desse coquetel na digestibilidade dos bagaços pré-tratados. Os resultados obtidos demonstraram que maiores conversões de glucana e xilana são obtidas utilizando uma carga de 20 FPU, porém a redução da carga para 10 FPU não acarretou em uma diminuição proporcional na eficiência da hidrólise, sendo essa menor carga empregada nos ensaios subsequentes. Considerando que os substratos em estudo apresentaram quantidades apreciáveis de hemicelulose residual, o efeito da remoção desse componente por meio de um segundo pré-tratamento, empregando ácido diluído, demonstrou ser possível alcançar um aumento de aproximadamente 34% na conversão da celulose em glicose quando a remoção química de hemicelulose foi da ordem de 56%. Para viabilizar a remoção enzimática da hemicelulose, o complexo Cellic CTec2 foi então suplementado com hemicelulases acessórias, visto que a atividade total de xilanase já era elevada. O efeito de β-Xilosidase e de α-arabinofuranosidase (ambas em cargas de 1, 3 e 5 mg/g de substrato), bem como a adição conjunta das duas enzimas foi avaliado frente às conversões de grupos arabinosil, além de xilana e glucana. Para o bagaço pré-tratado com sulfito-alcalino, os maiores rendimentos de sacarificação foram obtidos utilizando 1 mg/g de α-arabinofuranosidase, aumentando em 17,5 % a conversão em glucana e 27% a conversão de xilana. Para o bagaço biotratado com C. subvermispora, as maiores eficiências de sacarificação foram alcançadas com a adição de 1 mg/g de β-Xilosidase, provendo um aumento de 30% e 27% na conversão em glucana e xilana, respectivamente. Considerando a presença de grupos acetil e ácidos hidroxicinâmicos no substrato biotratado com C. subvermispora, foi avaliada também a suplementação do coquetel Cellic CTec2 com 1 mg/g de acetil xilana esterase e 1 mg/g de feruloil esterase, adicionadas individualmente, onde foi observado extensa remoção de grupos acetil e ácido ferúlico, resultado no aumento de 27% e 21% nos rendimentos de glicose, aplicando acetil xilana esterase e feruloil esterase, respectivamente. Outro importante resultado observado foi em relação a adição de albumina ao complexo Cellic CTec2. Nas baixas doses de adição de albumina (até 2 mg/g de substrato), não houve efeito positivo na sacarificação. Por outro lado, adições de cargas elevadas de albumina (25 e 250 mg/g de substrato) proporcionaram maiores níveis de sacarificação do substrato pré-tratado com sulfito-alcalino. Dessa forma, o presente estudo demonstrou ser possível aumentar os níveis de sacarificação de substratos pré-tratados de forma branda, nos quais ainda havia níveis elevados de hemicelulose e lignina residual, quer pela adição de baixas doses de hemicelulases acessórias ou de doses elevadas de albumina ao meio reacional que continha o preparado comercial Cellic CTec2.