Application of chemical and biological approaches for lignin valorization

Autor(es)

Lívia Beatriz Brenelli

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2017-06-28

Membros da banca

Fabio Marcio Squina; Andre Luis Ferraz; Anita Jocelyne Marsaioli; Camila Alves de Rezende; Henning Jorgensen

• Orientador: Fabio Marcio Squina

Resumo

As atividades voltadas para a produção comercial de etanol a partir de materiais lignocelulósicos criaram a oportunidade de desenvolver novas tecnologias utilizando correntes de processos com alto conteúdo de lignina. Encontrar aplicações para a lignina que possam agregar maior valor, em comparação com a queima para produção de energia, torna-se imprescindível para viabilizar estes processos no contexto de biorefinarias. A lignina é um polímero aromático com características singulares. Devido à sua estrutura molecular heterogênea, a lignina ainda é um polímero inexplorado em tecnologias de bioconversão. As estratégias emergentes para as transformações de ligninas são focadas em catálises inorgânicas, orgânicas ou na combinação de ambas. Sob esta perspectiva, este trabalho buscou desenvolver estratégias químicas e biológicas para valorizar correntes de lignina geradas no processamento do bagaço de cana-de-açúcar. Neste contexto, como estratégia química, fragmentos de lignina derivadas de tratamento alcalino de bagaço de cana-de-açúcar, depois de processo de explosão a vapor, foram submetidas a um processo de acidificação. As frações solúveis produzidas em diferentes valores de pH foram caracterizadas quimicamente e a capacidade antioxidante in vitro contra espécies reativas de oxigênio e nitrogênio foram avaliadas. Em comparação com as outras frações obtidas neste trabalho, a fração solúvel obtida em pH 2 apresentou as melhores capacidades de eliminação contra todas as espécies de radicais testadas (10,2 ± 0,7 mmol Trolox equivalente g-1 para ROO?, IC30 = 14,9 ?g mL-1 para H2O2 e IC50 = 2,3 ?g mL-1 para ONOO-), bem como apresentou a menor polidispersidade (1,2). Dados biofísicos mostraram que as moléculas presentes nas frações solúveis obtidas em pH 4 e 2 consistiam estruturalmente em pequenos discos com raio e espessura média de 0,31 nm e polifenóis de baixo peso molecular (~ 400 Da), enquanto que frações solúveis obtidas em pH elevados predominavam nanopartículas de lignina (discos com raio maiores que 1,1 nm e espessura em torno de 0,7 nm) e agregados com dimensão fractal em torno de 2,8 nm. Em todas as frações solúveis foram identificados compostos fenólicos e não fenólicos conhecidos como eficientes antioxidantes na literatura. Estes resultados demostraram que o tratamento de acidificação é uma estratégia simples e promissora para valorizar correntes heterogêneas de ligninas provenientes do processamento do bagaço, obtendo-se preparações com composições com reduzida polidispersidade e alta capacidade antioxidante. Neste trabalho de doutorado também foram avaliados processos enzimáticos para valorização da lignina. Foi explorado o potencial de duas lacases fúngicas juntamente com um mediador para isolar ligninas de baixo peso molecular a partir da biomassa lignocelulósica. As ligninas isoladas foram utilizadas como doadores de elétrons para a ativação de monooxigenases de polissacarídeos líticas (LPMOs). Uma correlação direta entre a lignina de baixo peso molecular obtida com o sistema mediador-lacase e o aumento na atividade de um coquetel celulolítico comercial contendo LPMOs foi encontrada quando a celulose pura foi hidrolisada. Nas condições testadas no trabalho, a co-incubação das lacases com com o coquetel contendo LPMOs resultou em uma competição pelo substrato oxigênio, inibindo as LPMOs. O tratamento com lacases podem ter causado outras modificações na presença de celulose, tornando o material mais recalcitrante para a sacarificação enzimática. Finalmente, visando a descoberta e aplicação de novos biocatalizadores envolvidos na desconstrução e valorização de material lignocelulósico, o basidiomiceto derivado do mar Peniophora sp. CBMAI 1063 cultivado em condições salinas teve seu genoma sequenciado, os genes anotados e o conteúdo proteico do secretoma analisado. Os estudos mostraram que o fungo possui um espectro enzimático ligninolítico completo e versátil, produzindo especialmente enzimas envolvidas na degradação da lignina. A principal lacase secretada pelo fungo mostrou potencial em tecnologias de bioconversão, promovendo modificação, despolimerização e solubilização de ligninas do bagaço (AU)

• Processo FAPESP: 13/03061-0 - Caracterização de frações de lignina extraídas do bagaço de cana-de-açúcar com propriedades antioxidantes
• Beneficiário: Lívia Beatriz Brenelli de Paiva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado