Estratégias de melhoria da bioprodução descontínua de xilitol a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana através do estudo enzimático e cinético do processo

• Processo: 11/08754-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2011
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2013
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Microbiologia - Microbiologia Aplicada
• Pesquisador responsável: Rita de Cássia Lacerda Brambilla Rodrigues
• Beneficiário: Rita de Cássia Lacerda Brambilla Rodrigues
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Adalberto Pessoa Junior ; Arnaldo Marcio Ramalho Prata ; Maria das Graças de Almeida Felipe
• Assunto(s): Degradação de biomassa Biotecnologia Aproveitamento de subprodutos Bagaço de cana-de-açúcar Xilitol Xilose Hidrolisado hemicelulósico Destoxificação
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: biodetoxificação | bioprodução de xilitol | hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana | processo descontínuo | reciclo celular | XR e XD | Fermentação de residuo lignocelulósico

Resumo

No Brasil, vários grupos de pesquisa têm direcionado seus esforços para o desenvolvimento de estratégias que visam o processamento da biomassa vegetal com máxima eficiência na utilização do material "in natura", proporcionando com isso baixo impacto ambiental e maior rentabilidade econômica. O presente trabalho visa à utilização do bagaço de cana como matéria prima por este ser um subproduto excedente na indústria sucro-alcooleira, apesar de sua utilização para a geração de energia nas próprias usinas. A hidrólise ácida do bagaço, método comumente empregado para separação da sua fração hemicelulósica, rende um hidrolisado hemicelulósico rico em açúcares fermentecíveis (HHBC), com predominância da pentose D-xilose. O metabolismo de xilose em leveduras tem como passos iniciais a indução da enzima xilose redutase (E.C.1.1.1.21) que catalisa a redução de xilose em xilitol na presença dos cofatores NAD(P)H como primeiro passo do metabolismo da xilose. Posteriormente, ocorre a participação da enzima xilitol desidrogenase (E.C.1.1.1.9) que emprega NAD(P)+ como cofator, oxidando o xilitol a xilulose. A xilulose é convertida em piruvato, um intermediário que conecta a via das pentoses fosfato com a via glicolítica. O metabolismo de xilose por Candida guilliermondii com participação da xilose redutase requer apenas NADPH como cofator, demonstrando a importância do fluxo de xilose pela via das fosfopentoses para sua regeneração. A Glicose-6-fosfato desidrogenase, G6PD, (EC 1.1.1.49) possui funções importantes no metabolismo intermediário por catalisar o primeiro passo da via das fosfopentose, a qual supre a célula com potencial redutivo, NADPH, requerido em várias vias biossintéticas e reações redox. Durante a hidrólise, ocorre a liberação além dos açúcares, de compostos inibitórios à atividade microbiana como ácido acético, fenólicos, etc. Desta forma para aplicação destes hidrolisados em processos fermentativos, pesquisas avaliam os efeitos tóxicos e métodos de remoção destes compostos por tratamentos biológicos, físicos e químicos como métodos isolados ou combinados. Além da necessidade de contornar o problema da toxicidade dos hidrolisados, são necessárias pesquisas para compreender o metabolismo microbiano no que diz respeito ao comportamento das enzimas chaves neste processo principalmente em função da disponibilidade de oxigênio no meio. O presente trabalho propõe estratégias de melhoria da bioprodução descontinua de xilitol, açúcar especial com várias aplicações clínicas, por Candida guilliermondii FTI 20037 a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana através do estudo enzimático e cinético do processo. Os resultados deste projeto poderão contribuir para o melhor esclarecimento do metabolismo de xilose em xilitol em levedura de forma a direcionar a obtenção de uma tecnologia mais eficiente de produção biotecnológica de xilitol a partir de hidrolisados hemicelulósicos. Além disso, auxiliará no fortalecimento de uma importante área de estudos na bioconversão de biomassa em produtos de elevado valor agregado, contribuindo também para o aumento da participação do Brasil neste campo de investigação de grande crescimento mundial. (AU)