Levedura residual da produção de xilitol como novo agente destoxificante do hidrolisado hemicelulósico de bagaço e palha de cana-de-açúcar

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Jofre, Fanny Machado
• 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: Bagaço e palha de cana-de-açúcar; Destoxificação; Detoxification; Hemicellulosic hydrolysate; Hidrolisado hemicelulósico; Levedura residual; Residual yeast; Sugarcane bagasse and straw; Xilitol; Xylitol
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-25062025-122718/

Subprodutos de biomassas lignocelulósicas, como o bagaço e a palha de cana-de-açúcar, contêm açúcares que podem ser aproveitados em processos fermentativos, como a produção de xilitol, importante para as indústrias alimentícia, farmacêutica e odontológica. A despolimerização da parede celular vegetal, por meio da hidrólise ácida diluída, é essencial para obter estes açúcares em um hidrolisado hemicelulósico, mas também libera compostos tóxicos, como fenóis, que inibem o metabolismo microbiano. Para contornar este problema, tecnologias de destoxificação vêm sendo estudadas, buscando métodos econômicos, eficientes e sustentáveis. Desta forma, este trabalho teve como objetivo contribuir para o desenvolvimento da produção biotecnológica de xilitol, utilizando levedura residual como agente destoxificante do hidrolisado hemicelulósico de bagaço e palha de cana-de-açúcar (HHBP). Para tanto, o HHBP foi obtido por hidrólise ácida e utilizado em experimentos de destoxificação e fermentabilidade. Biomassas residuais de Candida tropicalis, cultivadas tanto em meio semi-definido quanto em HHBP, foram tratadas e testadas como biossorventes. Experimentos de seleção do biossorvente e otimização das condições de destoxificação foram realizados por planejamento experimental. Visando aumentar a capacidade de adsorção de compostos fenólicos, hidrocarvão e carvão ativado foram produzidos a partir da biomassa residual de Saccharomyces cerevisiae, sendo caracterizados por técnicas como MEV, FTIR, DRX, BET e análises elementares. Estudos de cinética de adsorção e ensaios de destoxificação do HHBP foram realizados, seguidos por testes de fermentação para produção de xilitol. A destoxificação do HHBP com biomassa seca de Candida tropicalis mostrou-se eficaz, destacando o impacto do pH e do tratamento da biomassa nos valores obtidos de remoção de compostos fenólicos. A melhor condição foi obtida com biomassa de C. tropicalis proveniente de HHBP, em pH 8 a 60°C. Já o tratamento térmico das biomassas residuais de S. cerevisiae gerou hidrocarvão e carvão ativado com propriedades diferenciadas, como diferentes valores de carga e área superficial. O carvão ativado a 800°C (CA800) apresentou área superficial de 453 m²/g e boa capacidade de adsorção de vanilina (37,17 mg/g), descrita pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem. Já a adsorção dos ácidos p-cumárico e ferúlico foi inferior (aproximadamente 18 mg/g), ajustada ao modelo cinético de pseudo-primeira ordem. Nos experimentos de destoxificação do HHBP com os carvões ativados, o CA900 apresentou a maior eficiência na remoção de compostos fenólicos totais (36,6%), entretanto o CA800 foi selecionado para os ensaios fermentativos devido ao maior rendimento de ativação (68% superior ao CA900), o que reduz o consumo de matéria-prima e favorece aplicações industriais. As fermentações em hidrolisados destoxificados mostraram maior consumo de carboidratos e produção de xilitol em comparação ao hidrolisado não destoxificado. A eficiência de conversão de xilose em xilitol foi maior com CA800 (0,51 g/g), superando o hidrocarvão (0,22 g/g) e o hidrolisado não destoxificado (0,26 g/g). A produtividade volumétrica foi similar entre CA800 (0,41 gL-1h-1) e carvão comercial (0,44 gL-1h-1), sendo muito inferior para o hidrocarvão e hidrolisado não destoxificado (0,09 gL-1h-1). Este trabalho demonstrou que a destoxificação do HHBP com biossorventes, especialmente o CA800, é uma estratégia eficiente para remover compostos tóxicos, favorecendo a produção biotecnológica de xilitol com elevado rendimento e produtividade. A integração desses biossorventes em processos industriais pode contribuir para a valorização da biomassa microbiana, alinhando-se aos princípios da bioeconomia circular.