Compreender a complexidade estrutural da lignina de bagaço de cana-de-açúcar e o impacto sobre a capacidade antioxidante e conversão bioquímica em produtos de valor agregado

• Processo: 15/07008-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2015
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2016
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
• Pesquisador responsável: Fábio Márcio Squina
• Beneficiário: Lívia Beatriz Brenelli de Paiva
• Supervisor: Claus Felby
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of Copenhagen, Copenhagen, Dinamarca
• Vinculado à bolsa: 13/03061-0 - Caracterização de frações de lignina extraídas do bagaço de cana-de-açúcar com propriedades antioxidantes, BP.DR
• Assunto(s): Lignina Antioxidantes Ressonância magnética nuclear
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Antioxidantes | depolimerização | Lacases | Lignina | Oxidases | Ressonância Magnética Nuclear | Modificação de ligninas

Resumo

No conceito de biorrefinaria, a plataforma de açúcar e derivados em um futuro próximo converterá bioquimicamente todos os componentes da parede celular da planta (principalmente celulose, hemicelulose e lignina) da biomassa em produtos de valor acrescentado. A lignina, extraída de bagaço de cana ou de outra biomassa, é um biopolímero complexo que apresenta propriedades antioxidantes devido à sua estrutura aromática particular. No entanto, a lignina ainda não é explorada como fonte sustentável de moléculas nas tecnologias de bioconversão da biomassa. As estratégias para a valorização de lignina tem como foco a sua funcionalização seletiva com objetivo de melhorar a compatibilidade em compósitos e sua despolimerização oxidativa para obter compostos monoméricos polifuncionais que podem ser empregados como matéria prima na indústria dos polímeros. Em estudos anteriores do nosso grupo de pesquisa, a lignina derivada bagaço de cana explodido foi fracionada por diminuição do pH de 12 para 2 com ácido sulfúrico. O processo de acidificação resultou em preparações com polidispersidade reduzida e ligninas com baixo peso molecular e alta capacidade de eliminação de radicais livres em valores de pH baixo (pH 2). O nossos dados biofísicos (baseado em análises de SAXS) mostraram que as grandes moléculas de lignina formadas durante os primeiros passos de acidificação (pH 10 a 6) apresentam formas esféricas e possivelmente hidroxilas fenólicas não expostas na superfície da molécula. Desta forma, esses grupos podem não ser eficazes na doação de elétrons ou prótons para estabilizar as espécies radicalares. No entanto, estudos mais detalhados são necessários para entender como as estruturas de lignina afetam suas propriedades antioxidantes, especialmente com ligninas obtidas em baixos valores de pH.As enzimas redox, tais como peroxygenases (CE 1.11.2.1) e lacases (EC 1.10.3.2) apresentam potencial para produzir produtos de valor agregado a partir de lignina. Enzimas que catalisam reações de transferência de oxigênio são de grande interesse para a síntese química uma vez que trabalham seletivamente e sob condições ambientais amenas. No entanto, existem gargalos no que diz respeito aos efeitos destas enzimas em ligninas isoladas. Para esta proposta de BEPE, pretendemos empregar peroxygenases (POXs) e sistema de lacase mediador (LMS) para modificar as propriedades e estrutura de preparações de ligninas, acompanhado de estudos estruturais que revelem as variações ocorridas, como a identificação e quantificação dos intermediários de reação por ressonância paramagnética eletrônica (EPR). Estudos de espectrometria com preparações de ligninas de baixo peso molecular obtidas em baixos valores de pH também serão realizados. Este estudo contribuirá para o desenvolvimento de vias bioquímicas e estratégias que convertam a lignina, um polímero gerado em processos contínuos, em produtos sustentáveis de valor agregado. (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)

BRENELLI, LIVIA B.; PERSINOTI, GABRIELA F.; FRANCO CAIRO, JOAO PAULO L.; LIBERATO, MARCELO V.; GONCALVES, THIAGO AUGUSTO; OTERO, IGOR V. R.; MAINARDI, PEDRO H.; FELBY, CLAUS; SETTE, LARA D.; SQUINA, FABIO M.. Novel redox-active enzymes for ligninolytic applications revealed from multiomics analyses of Peniophora sp. CBMAI 1063, a laccase hyper-producer strain. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, NOV 26 2019. (13/03061-0, 13/19486-0, 15/07008-2, 14/04105-4, 16/09950-0, 15/06971-3, 15/50590-4, 17/16089-1)

BRENELLI, LIVIA; SQUINA, FABIO M.; FELBY, CLAUS; CANNELLA, DAVID. Laccase-derived lignin compounds boost cellulose oxidative enzymes AA9. BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS, v. 11, JAN 17 2018. (15/07008-2)