Uso de surfactantes como estratégia para melhorar o processamento do bagaço de cana-de-açúcar visando a produção de biopigmentos por Monascus ruber

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Muñoz, Salvador Sanchez
• 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: Biopigmentos; Biopigments; Enzymatic Hydrolysis; Fermentação; Fermentation; Hidrólise Enzimática; Pré-tratamento; Pretreatment; Surfactantes; Surfactants
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-07122022-090739/

Para viabilizar a produção industrial de pigmentos é fundamental desenvolver alternativas de processo que possam ser aplicadas em larga escala no conceito de biorrefinaria. Nesse contexto, foi proposto a utilização de tensoativos nas diferentes etapas do processo da produção de pigmentos utilizando o bagaço de cana-de-açúcar como biomassa modelo, tais como pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação. Diferentes estratégias de aplicação de surfactantes foram estudadas durante o processamento da produção de pigmentos pelo fungo filamentoso Monascus ruber. Primeiramente, no processo de hidrólise enzimática da celulignina do bagaço de cana-de-açúcar (obtida a partir de um tratamento ácido diluído) feito em frascos Erlenmeyer. Um experimento de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) foi realizado para determinar a influência de diferentes proporções (0,5-2,5%) de tensoativos não iônicos, de forma a melhorar sequencialmente a produção de açúcares de 2ª geração e biopigmentos. Os resultados obtidos proporcionaram uma melhora de 1,77 vezes na liberação de açúcares monoméricos em relação aos controles sem surfactante. Experimentos empregando a formulação otimizada de tensoativos (SOF-Surfactant optimized formulation) (Tween 20-PEG) mostraram um efeito positivo na carga enzimática, com resultados semelhantes empregando dosagens de 2,5 FPU/g de biomassa (adição de SOF) e 10 FPU/g de biomassa (sem SOF). Além disso, sob a SOF, foi determinado que a estabilidade da enzima foi mantida em altas temperaturas e forças de cisalhamento. Também foi observado que a produção de biopigmentos foi 5 vezes maior em meio à base de glicose. Finalmente, sob a hidrólise e fermentação separadas (SHF) e sacarificação e fermentação semi-simultânea (SSSF) a produção máxima de biopigmentos foi de 10 UA510nm/mL e 1,5 UA510nm/mL, respectivamente. No processo SSSF, o pigmento adsorvido na biomassa atingiu valores de aproximadamente 9 UA510nm/mL durante a primeira extração (realizaram-se 4 extrações). Paralelamente, foi realizado um segundo estudo utilizando o hidrolisado hemicelulósico obtido a partir da hidrólises ácida do bagaço da cana-deaçúcar para a produção de pigmentos de Monascus. Inicialmente, diferentes tensoativos não iônicos foram testados separadamente e em mistura para avaliar um possível sinergismo e para potencializar a liberação de pigmentos extracelulares durante a etapa de fermentação. Após esta avaliação inicial, Tween 80 e Triton X-100 foram selecionados, e um experimento DCCR foi realizado para encontrar a melhor formulação para produzir pigmentos de Monascus a partir de um meio rico à base de xilose. Os resultados mostraram um incremento de quatro vezes na produção de biopigmentos vermelhos quando a SOF obtida foi utilizada na fermentação de hidrolisados hemicelulósicos de subprodutos da cana-de-açúcar. No foi detectada a produção de citrinina, e os pigmentos produzidos também demonstraram alta estabilidade térmica. Por fim, uma última estratégia no uso de surfactantes foi estudada na etapa de pré-tratamento. O Tween 80 foi selecionado após alguns estudos preliminares e um pré-tratamento alcalino assistido por surfactantes e cavitação hidrodinâmica para bagaço de cana-de-açúcar foi avaliado. Um novo experimento DCCR foi realizado para encontrar a melhor relação entre NaOH:Tween 80 para aumentar a produção de açúcares monoméricos na sacarificação enzimática do bagaço de cana-de-açúcar. Na condição otimizada, foi relatado um incremento de 40% na remoção de lignina em relação ao controle. A biomassa pré-tratada também foi utilizada para produzir pigmentos de Monascus mediante uma estratégia SSSF em reator de leito fluidizado, obtendo uma produção máxima de 3,86 UA510nm/mL. Em todas as etapas avaliadas, os tensoativos se mostraram como moléculas-chave para a conversão do bagaço da cana-de-açúcar em produtos de alto valor agregado como os pigmentos de Monascus, fato que se destaca por sua possível integração a estratégias de intensificação de processos em um conceito de biorrefinaria.