Produção biotecnológica de xilitol a partir da mistura de bagaço e palha de cana-de-açúcar com aproveitamento do melaço: Otimização das condições de cultivo e engenharia da via metabólica

Autor(es)

Andres Felipe Hernandez Perez

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Lorena.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de Lorena (EEL/ASDI)
• Data de defesa: 2019-10-07

Membros da banca

Maria das Graças de Almeida Felipe; Sandra Regina Ceccato Antonini; Inês Conceição Roberto; Luciane Sene

• Orientador: Maria das Graças de Almeida Felipe; Fernando Segato

Resumo

A sustentabilidade da economia baseada em biomassa vegetal é dependente do desenvolvimento de biorrefinarias para obtenção de bioenergia e químicos de alto valor agregado, a exemplo do xilitol que apresenta um mercado crescente e diversas aplicações industriais. A viabilidade do bioprocesso para obtenção deste poliol, baseado na bioconversão da xilose proveniente da fração hemicelulósica da biomassa, depende de sua integração em uma biorrefinaria, de forma a se tornar uma alternativa rentável e sustentável ao método químico comercial. Neste contexto, este projeto visou contribuir para o desenvolvimento de uma rota biotecnológica de produção de xilitol a partir do aproveitamento de subprodutos da agroindústria da cana-de-açúcar (bagaço, palha e melaço), com vistas a sua integração no setor sucroalcooleiro no contexto de biorrefinaria. Resultados de pesquisa recente revelaram o efeito benéfico da sacarose na bioprodução de xilitol em hidrolisado hemicelulósico de palha de cana, o que impulsionou a continuidade das investigações nesta temática. Portanto, este projeto teve como foco principal a melhoria da bioprodução de xilitol por Candida tropicalis pelo aumento concomitante nos valores de fator de conversão de xilose em xilitol (YP/S) e produtividade volumétrica (QP), a partir do estudo de condições de cultivo e estratégias de engenharia da via metabólica. Em uma primeira etapa, verificou-se o potencial da mistura do bagaço e palha de cana como matéria-prima neste bioprocesso, em função à alta proporção de xilose (33,87%) em relação aos outros carboidratos constituintes. As etapas de hidrólise ácida diluída, concentração à vácuo e destoxificação resultaram em hidrolisado hemicelulósico com elevada proporção de xilose (77,76%) em comparação com os outros monossacarídeos, e com compostos potencialmente tóxicos em concentrações menores às já reportadas como inibitórias. Na segunda etapa, constatou-se que a sacarose suplementada ao meio de fermentação teve efeito benéfico como co-substrato na produção de xilitol em escala de biorreator de bancada, em função de sua concentração e da disponibilidade de oxigênio (em termos de coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio - KLa). A utilização de condições dentro da faixa de otimização destes fatores (sacarose 0,9 gL-1 e KLa 6,5 h-1) resultou em valores máximos de YP/S (0,86 gg-1) e QP (0,54 gL-1h-1), os quais foram 30 e 39% maiores aos obtidos no mesmo KLa e sem adição de sacarose. A avaliação do melaço de cana (concentração de sacarose ajustada a 20 gL-1) como única suplementação nutricional do hidrolisado em escala de frascos agitados demonstrou melhoria na bioprodução de xilitol, em termos de consumo de xilose, YP/S e QP, em comparação com a formulação convencional do meio. Na terceira etapa, as estratégias implementadas para o desenvolvimento de uma cepa de C. tropicalis com auxotrofia a uridina e a super expressão dos genes que codificam para a xilose redutase e glucose-6-fosfato desidrogenase tiveram resultados não satisfatórios. Os resultados obtidos no presente estudo contribuem com embasamento científico para o desenvolvimento de uma tecnologia de bioprodução de xilitol alternativa ao processo químico comercial, e com potencial de ser integrada em uma biorrefinaria de cana-de-açúcar, a partir do aproveitamento de três subprodutos deste setor. (AU)

• Processo FAPESP: 16/05971-2 - Produção biotecnológica de xilitol a partir da mistura de bagaço e palha de cana-de-açúcar com aproveitamento do melaço: otimização das condições de cultivo e engenharia da via metabólica
• Beneficiário: Andrés Felipe Hernández Pérez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado