Bioprospecção e construção de hemicelulases para produção de xilose a partir do licor de xilo-oligossacarídeos e sua utilização na produção de xilitol via fermentativa

Autor(es)

José Alberto Diogo

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de Alimentos
• Data de defesa: 2016-02-26

Membros da banca

Helia Harumi Sato; Jaciane Lutz Ienczak; Rosana Goldbeck

• Orientador: Helia Harumi Sato; Roberto Ruller

Resumo

Biomassas vegetais são constituídas principalmente de celulose, hemicelulose e lignina. Celulose e hemicelulose podem ser hidrolisadas enzimaticamente a açúcares monoméricos (principalmente glicose/C6 e xilose/C5) usando celulases e hemicelulases, respectivamente. Hemicelulases são enzimas do grupo das hidrolases glicosídicas que catalisam a reação de hidrólise da hemicelulose em xilose e outros açúcares. A hemicelulose compõe cerca de 30% dos polissacarídeos na biomassa do bagaço de cana, contudo, poucos estudos são direcionados para melhorar a sacarificação desses polissacarídeos à açúcares monoméricos, como a xilose, que pode ser transformado em outros produtos de valor agregado como bioetanol, ácidos orgânicos e xilitol. O presente trabalho teve como objetivos a seleção de linhagens de Bacillus sp. capazes de crescer no licor de xilo-oligossacarídeos, proveniente do pré-tratamento hidrotérmico do bagaço de cana-de-açúcar, e produzir hemicelulases capazes de hidrolisar xilo-oligossacarídeos produzindo xilose a partir deste substrato. Adicionalmente, foi criada uma enzima quimérica bifuncional unindo atividades de endoxilanase e ?-xilosidase aplicada na hidrólise de xilo-oligossacarídeos para obtenção de xilose, e sua posterior fermentação para produção de xilitol utilizando as leveduras Scheffersomyces stipitis e Candida guillermondii. A partir de uma biblioteca contendo 104 isolados de Bacillus sp., foram selecionadas 7 linhagens, por meio da determinação do índice enzimático, que apresentaram a capacidade de crescer e hidrolisar os xilo-oligossacarídeos do licor. As linhagens selecionadas foram identificadas pela análise da sequência do gene RNAr 16S como linhagens de Bacillus subtilis e Bacillus licheniformis. Dentre as linhagens selecionadas, BH27 e BH93 apresentaram melhores resultados de crescimento e hidrólise e tiveram suas sequências de ?-xilosidases (GH43) clonadas, expressadas e caracterizadas, mas não foram utilizadas na construção da enzima quimérica, tendo em vista que seus parâmetros bioquímicos, e tolerância a xilose foram inferiores ou semelhantes a outras ?-xilosidases já estudadas. A enzima quimérica foi construída utilizando uma endoxilanase (M6) proveniente de evolução dirigida, e uma ?-xilosidase de Bacillus subtilis ATCC 168. Apesar de apresentar um Kcat/KM inferior ao das enzimas parentais, a construção demonstrou capacidade de hidrolisar 30% dos xilo-oligossacarídeos presentes no licor até xilose permitindo sua utilização na fermentação e obtenção de xilitol. No estudo da produção de xilitol a partir de xilose por via fermentativa foram obtidos melhores resultados utilizando as leveduras Scherffersomyces stipitis e Candida guillermondii cultivadas na forma livre, comparada com as células imobilizadas. Após 96h de fermentação em meio contendo licor de xilo-oligossacarídeos não detoxificado e enzimaticamente hidrolisado, a levedura Candida guillermondii produziu 9,5 g/L de xilitol, exibindo eficiência de conversão de 33%, um fator de conversão de 0,3 g/g e produtividade volumétrica de 0,1 g/L/h (AU)

• Processo FAPESP: 13/10443-7 - Bioprospecção e construção de hemicelulases para a produção de xilose a partir de hidrolisado de licor de pentoses e sua utilização na produção de xilitol via fermentativa
• Beneficiário: José Alberto Diogo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado