Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinaria de biomassa: branqueamento de celulose

• Processo: 08/53426-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2009
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2011
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Álvaro de Baptista Neto
• Beneficiário: Álvaro de Baptista Neto
• Empresa: Verdartis Desenvolvimento Biotecnológico Ltda. - ME
• Município: Ribeirão Preto
• Auxílio(s) vinculado(s): 11/51096-2 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinaria de biomassa: branqueamento de celulose, AP.PIPE3; 11/52013-3 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorefinaria de biomassa: branqueamento de celulose. (finep), AP.PIPE3
• Bolsa(s) vinculada(s): 10/12416-9 - Determinação e avaliação de modelos cinéticos do processo de produção enzimática e de filtração por fluxo cruzado, BP.TT; 10/13066-1 - Bioprodução de enzimas para biorefinaria de biomassa: branqueamento de celulose., BP.TT; 09/16872-1 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinarias de biomassa: branqueamento da celulose, BP.TT; + mais bolsas vinculadas 09/14419-8 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinarias de biomassa: branqueamento da celulose, BP.TT; 09/08839-4 - Bioprodução de enzimas para biorrefinaria de biomassa: branqueamento de celulose, BP.TT; 09/08873-8 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinarias de biomassa: branqueamento da celulose, BP.TT; 09/08641-0 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinarias de biomassa: branqueamento da celulose, BP.TT; 09/08643-2 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinarias de biomassa: branqueamento da celulose, BP.TT; 09/08752-6 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinarias de biomassa: branqueamento da celulose, BP.TT; 09/08784-5 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinarias de biomassa: branqueamento da celulose, BP.TT; 08/57199-5 - Bioprocesso de produção de enzimas para biorrefinaria de biomassa: branqueamento de celulose, BP.PIPE - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Compostos orgânicos Enzimas Propriedades químicas do papel Branqueamento Energia de biomassa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biomassa | Biorrefinaria | Branqueamento De Celulose | Enzimas Industriais | Processos Fermentativos | Producao De Enzimas

Resumo

As enzimas têm desempenhado um papel central na biotecnologia e na indústria biofarmacêutica, sendo utilizadas em processos industriais para aumentar a especificidade e eficiência de processos, melhorar a pureza do produto e reduzir os gastos com compostos químicos e os impactos ambientais. Sabe-se que mais de 500 tipos de enzimas garantem 50 aplicações biotecnológicas, e estima-se que o mercado mundial de enzimas faturou, somente no ano de 2005, 3,7 bilhões de dólares. As xilanases são enzimas que têm sido usadas em muitas aplicações biotecnológicas, inclusive no biobranqueamento da celulose durante o processamento de madeira na indústria de papel e celulose. O Brasil ocupa a 7a posição no 'ranking' mundial de produção de celulose, e as exportações deste produto atingiram US$ 3,4 bilhões no ano 2005. Devido à competição internacional intensa, as empresas atuando neste setor estão continuamente procurando alternativas para reduzir os gastos operacionais, as xilanases têm se mostrado promissoras na busca de melhorias na eficiência da produção. A VERDARTIS possui um sistema de engenharia de proteínas que permite a otimização das propriedades catalíticas de uma enzima xilanase visando seu uso no processo de biobranqueamento da polpa de madeira. Este sistema utiliza um conjunto de técnicas inovadoras, que mimetiza no laboratório o processo de seleção natural Darwiniano, portanto tem sido denominada PersoZyme. Este sistema pode adaptar a xilanase para uma função desejada, ou seja, as propriedades catalíticas da xilanase podem ser otimizadas para processos industriais específicos. O desenvolvimento de enzimas para biobranqueamento da celulose, usando o PersoZyme, é denominado LightZyme. A proposta atual tem como objetivo desenvolver o processo de produção da enzima protótipo a ser desenvolvido em biorreator de bancada. Para isso, o projeto abordará temas relacionados à otimização de meio de cultivo, determinação de estratégia de controle de pH, estudo das condições de aeração do processo e a utilização de processos em batelada alimentada para aumentar a produção de enzima. Concomitantes com o desenvolvimento do processo de fermentação, processos de purificação de enzimas serão desenvolvidos utilizando a tecnologia de membranas filtrantes. Pretende-se também converter o protótipo PersoZyme em um sistema eficiente, não só de design de enzimas, mas de produção em larga escala. Ao fim desta fase de desenvolvimento, o desafio de inserir esta tecnologia inovadora no mercado através licenciamento da propriedade intelectual associada com o PersoZyme, em parceria com empresas do setor de celulose e papel. Detalhes desta estratégia são melhores descritos no plano de negócio apresentado separadamente. As xilanases usadas no processo de branqueamento da polpa de madeira devem ser resistentes ao calor (termofílica), e demonstrar uma atividade catalítica ótima em pH elevado (alcalofílica). Rodadas sucessivas de evolução dirigida serão usadas para alcançar estas propriedades catalíticas. Em paralelo, as variantes de enzimas selecionadas serão produzidas usando uma quantidade suficiente para testes em escala piloto de branqueamento de celulose, a qual será executada no Laboratório de Celulose e Papel, no Departamento de Engenharia Florestal da Universidade Federal de Viçosa (UFV), Viçosa-MG. Enzimas são ferramentas moleculares com comprovada eficiência nos processos de produção industrial. O desenvolvimento e comercialização de enzimas por companhias estrangeiras reafirmam a aplicabilidade e a relevância desta tecnologia. O serviço PersoZyme será oferecido a um mercado estabelecido, no qual as empresas estão sob uma contínua pressão para manter a competitividade internacional. O cenário atual oferece oportunidades para a entrada de uma série de produtos específicos para o mercado, e o nosso desafio é conquistar um espaço inexplorado através do oferecimento de um serviço de desenvolvimento de um sistema que é inovador e com elevado grau tecnológico. Portanto, o desenvolvimento de processos de produção de enzimas, reduzindo os custos de produção, é essencial para que o LightZyme seja competitivo frente as tecnologias vigentes. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

MENDONCA, ELENIRA H. M.; AVANCI, NILTON CESAR; ROMANO, LUIS HENRIQUE; BRANCO, DANIEL LOPES; DE PADUA, ALESSANDRA XAVIER; WARD, RICHARD JOHN; NETO, ALVARO DE BAPTISTA; LOURENZONI, MARCOS ROBERTO. Recombinant xylanase production by Escherichia coli using a non-induced expression system with different nutrient sources. Brazilian Journal of Chemical Engineering, v. 37, n. 1, p. 29-39, MAR 2020. (08/53426-7, 10/50328-4)