Produção e Purificação de xilooligossacarídeos (XOS) de elevada capacidade prebiótica a partir de bagaço de cana-de-açúcar

• Processo: 18/06696-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2018
• Data de Término da vigência: 16 de janeiro de 2019
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Raquel de Lima Camargo Giordano
• Beneficiário: Thais Suzane Milessi Esteves
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 16/10636-8 - Da fábrica celular à biorrefinaria integrada Biodiesel-Bioetanol: uma abordagem sistêmica aplicada a problemas complexos em micro e macroescalas, AP.BIOEN.TEM
• Assunto(s): Prebióticos Probióticos Bagaço de cana-de-açúcar Bacteriocinas Xilo-oligossacarídeos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bacteriocinas | bagaço de cana-de-açúcar | prebióticos | probioticos | xilooligossacarídeos | Enzimologia e Microbiologia Aplicada

Resumo

As bacteriocinas são proteínas/peptídeos liberados extracelularmente por algumas linhagens de bactérias probióticas, principalmente as lácticas, as quais possuem ação bactericida ou bacteriostática. A produção dessas substâncias está relacionada com o potencial probiótico do microrganismo. Prebióticos são oligossacarídeos não digeríveis por humanos que podem influenciar positivamente os microrganismos probióticos. Assim, substâncias que estimulam o crescimento da flora probiótica e a produção de bacteriocinas deverão ter o maior potencial prebiótico. Xilooligossacarídeos (XOS) são oligômeros pequenos de xilose (2-7 unidades) que possuem alto valor agregado por apresentarem propriedades prebióticas interessantes para as indústrias farmacêutica e alimentícia e devem assim serem potenciais como estimuladores da produção de bacteriocinas. Os XOS podem ser obtidos a partir de uma hidrólise branda da hemicelulose, a qual é necessária para evitar excessiva produção de xilose, o que dificultará a etapa de purificação. Primeiramente, um pré-tratamento de baixa severidade reduz o tamanho dos heteropolissacarídeos da hemicelulose, dos quais o principal é xilana, solubilizando-a na forma de xilooligômeros. Esses podem então ser submetidos a uma hidrólise enzimática controlada para obtenção dos XOS de alto valor agregado. As xilanases (²-1,4-D-xilanase) são enzimas que catalisam a hidrólise das ligações glicosídicas entre as unidades de xilose da fração hemicelulósica, podendo ser divididas em endoxilanases e as ²-D-xilosidases. As endoxilanases hidrolisam aleatoriamente a cadeia principal, enquanto as ²-D-xilosidases agem no final não redutor da cadeia, liberando monômeros de xilose. O uso de enzimas imobilizadas permite sua reutilização e portanto pode ajudar na viabilização econômica do processo.A composição de XOs resultante da hidrólise de xilooligômeros com endoxilanases dependerá tanto da matéria-prima lignocelulósica, quanto do pré-tratamento para extração da hemicelulose e da especificidade do complexo enzimático utilizado. Finalmente, dependerá ainda do método de purificação utilizado.A purificação de XOS é um processo complexo, uma vez que uma grande quantidade de substâncias secundárias encontram-se presentes no meio, como extrativos, lignina solubilizada, carboidratos e proteínas. Compostos fenólicos, pigmentos e furfural podem ser removidos por uma combinação de adsorção em carvão ativado, extração por solvente e cromatografia. Novas técnicas de purificação de XOS que vem sendo estudadas incluem combinação de evaporação a vácuo e nanofiltração combinada com extração por solvente e cromatografia de troca iônicaNeste contexto, esta proposta de pós-doutoramento foca na produção e purificação de xilooligossacarídeos (XOS) de alto valor agregado a partir de bagaço de cana-de-açúcar. Serão avaliados diferentes técnicas de pré-tratamento para a solubilização da xilana, assim como diferentes endoxilanases livres e imobilizadas, para obtenção de hidrolisados contendo diferentes perfis de XOS, os quais serão caracterizados quanto à capacidade prebiótica, analisando-se sua influência no crescimento de linhagens probióticas e na produção de bacteriocinas por essas linhagens. A purificação será efetuada iniciando-se pelos procedimentos mais simples e baratos, aumentando-se o número de etapas até atingir o grau de purificação necessário (75-95%). A investigação da capacidade prebiótica dos XOS assim como metodologias de purificação ainda são necessárias para a viabilização industrial de sua produção. No contexto de biorrefinaria, a hemicelulose é atualmente subutilizada e a inclusão da produção de XOS no processo poderia agregar valor econômico a fração hemicelulósica.

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)

MILESSI, THAIS S.; CORRADINI, FELIPE A. S.; MARCAL, JOAO V. M.; BALDEZ, THAIS O.; KOPP, WILLIAN; GIORDANO, ROBERTO C.; GIORDANO, RAQUEL L. C.. Xylooligosaccharides production chain in sugarcane biorefineries: From the selection of pretreatment conditions to the evaluation of nutritional properties. INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, v. 172, NOV 15 2021. (18/14552-9, 16/10636-8, 18/06696-0)