Utilization of lignocellulosic agroindustrial wastes for enzymatic production of oligosaccharides aiming prebiotic agent for human health

Autor(es)

Patrícia Felix Ávila

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de Alimentos
• Data de defesa: 2022-02-25

Membros da banca

Rosana Goldbeck; Raquel Cristine Kuhn; Patrícia Poletto; Eliana Setsuko Kamimura; Fátima Aparecida de Almeida Costa

• Orientador: Rosana Goldbeck

Resumo

Os materiais lignocelulósicos representam uma fonte de matéria prima sub-explorada em processos biotecnológicos, visto que um grande excedente de resíduos a partir do processamento industrial de matérias primas agrícolas são gerados anualmente. Desta forma, a produção de xilo-oligossacarídeos (XOS) a partir da hidrólise enzimática da xilana presente na hemicelulose proveniente destes resíduos, bem como de celo-oligossacarídeos (COS) a partir da celulose apresentam uma alternativa promissora e sustentável para valorização dos mesmos. Este estudo teve como objetivo produzir oligossacarídeos (XOS e COS) a partir da hidrólise enzimática de resíduos agroindustriais lignocelulósicos (palha de cana-de-açúcar e casca de café) como fonte de arabinoxilana e celulose, de modo a avaliar o seu potencial prebiótico. Diferentes estratégias foram utilizadas para o aprimoramento do processo alcalino integrado para fracionamento do arabinoxilano e celulose partindo dos materiais lignocelulósicos previamente desliginificados, os quais proporcionaram rendimentos e eficiência de extração do arabinoxilano em torno de 40,35% e 82,32%, respectivamente. Em uma segunda etapa, planejamentos do tipo composto central rotativo (DCCR) foram empregados para desenvolver misturas de enzimas para a produção de XOS e COS a partir dos arabinoxilanos extraídos e dos resíduos ricos em celulose obtidos, respectivamente. Misturas enzimáticas eficientes foram desenvolvidas com endoxilanase (GH11), ?-l-arabinofuranosidase (GH51), e feruloyl esterase (CE1), proporcionando altas concentrações de XOS alcançando valores de até 511,5 (mg).(gsubstrato)-1. Bem como usando endo-1,4-?-D-glucanase (GH12), exo-1,4-?-D-glucanase (GH5) e feruloyl esterase (CE1) para a produção de COS atingindo valores maximizados em torno de 63,56 (mg).(gsubstrato)-1. Como segunda estratégia para a aumentar produção de COS e investigar os possíveis efeitos de inibição pela celobiose, foi realizado um estudo empregando endo-1,4-?-D-glucanase (GH12) previamente adsorvida aos substratos em múltiplos estágios de hidrólise de modo a controlar os processos de inibição enzimática onde foi possível alcançar valores em torno 85.43 (mg).(gsubstrato)-1. Como última etapa do processo foi realizado um fracionamento dos oligosscarídeos produzidos utilizando membranas de nanofiltração em série de modo a avaliar o potencial prebiótico das frações obtidas. As etapas in vitro demonstraram que os oligossacarídeos produzidos exibiram considerável resistência à hidrólise pelas enzimas do sistema gastro-instestinal. Bem como algumas culturas probióticas de Lactobacillus e Bifidobacterium apresentaram notável crescimento nos meios contendo XOS e COS. Os microorganismos consumiram preferencialmente xilobiose (X2) e xilotriose (X3) e em relação aos meios contendo COS consumiram majoritariamente as frações celobiose (C2) e celotriose (C3) Assim, os resultados apresentados mostraram que ambas as biomassas utilizadas foram fontes potenciais para produção de oligossacarídeos prebióticos e que seu fracionamento em frações de menor peso molecular contribuiu significativamente para o aumento do potencial prebiótico tanto dos XOS e COS produzidos a partir de ambas as biomassas (AU)

• Processo FAPESP: 17/24503-2 - Aproveitamento de resíduos agroindustriais lignocelulósicos para produção de oligossacarídeos visando a obtenção de agente prebiótico para a saúde humana
• Beneficiário: Patricia Felix Avila
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado