Pordução biotecnológica de xilitol e etanol a partir de hidrolisado de casca de soja

Abstract

A produção biotecnológica de xilitol e etanol mediante o cultivo de leveduras em hidrolisados hemicelulósicos obtidos a partir de resíduos agroindustriais é de grande interesse econômico. Isso porque, esse processo pode agregar valor aos resíduos lignocelulósicos, substituir o corrente e oneroso processo químico de obtenção de xilitol, além de promover um aproveitamento completo dos materiais, utilizando as frações celulósica e hemicelulósica, para a obtenção de etanol, biocombustível de grande interesse econômico e ambiental. O presente trabalho teve como objetivo ampliar os conhecimentos da produção biotecnológica de xilitol e etanol mediante o cultivo de Candida guilliermondii NRRL Y-2075 a partir de hidrolisado de casca de soja (SHH). A melhor condição de hidrólise testada (125 °C; 1,4 % (v/v) H2SO4; 1 h; 1/10 relação sólido/líquido) promoveu hidrólise de 76 % da hemicelulose da casca de soja, liberando, 85 e 62 % de manose e xilose, respectivamente. Dentre os tratamentos de detoxificação testados no hidrolisado de casca de soja quatro vezes concentrado (SHH-4C), o carvão ativado (10 % (p/v)) demonstrou os melhores resultados, apresentando alto índice de remoção de contaminantes, 95 e 76 % para furfural e compostos fenólicos, respectivamente. Os parâmetros cinéticos obtidos a partir do cultivo em SHH-4C demonstraram que a pressão osmótica desse meio é maior do que a suportada por leveduras osmofílicas, revelando a característica osmotolerante da C. guilliermondii NRRL Y-2075. Os cultivos realizados em frascos agitados empregando SHH duas vezes concentrado (SHH-2C) resultaram na produção de etanol com altos índices de rendimento, não havendo produção de xilitol, devido, provavelmente, a uma variação na preferência do cofator da xilose redutase nesta levedura. Os cultivos de SHH-2C em batelada, avaliando-se a influência do coeficiente de transferência de oxigênio em três diferentes níveis (kLa de 0, 8 e 46 h-1, respectivamente, anaeróbio, microearóbio e aeróbio), comprovaram a possibilidade de produção de xilitol a partir de hidrolisado de casca de soja desde que condições limitadas de oxigênio (kLa de 8 h-1) sejam empregadas, bem como, a boa fermentabilidade do meio dado o alto rendimento de formação de biomassa sob condições aeróbias (kLa de 46 h-1). Os resultados obtidos no presente trabalho revelam o potencial do hidrolisado de casca de soja em aplicações biotecnológicas.

The biotechnology production of xylitol and ethanol by yeasts in hemicellulosic hydrolysates from agro industrial residues has great economic interest. This process can add value to these materials; replace the expensive chemical processes currently used for xylitol production, and makes the bioconversion of lignocellulosic materials into ethanol using hemicellulose in addition to cellulose to obtain this biofuel of important economical and environmental interest. The aim of the present work was to improve the knowledge about the biotechnological production of xylitol and ethanol employing the cultivation of Candida guilliermondii NRRL Y-2075 in soybean hull hydrolysate (SHH). The best acid hydrolysis of soybean hull (125 °C; 1.4 % (v/v) H2SO4; 1 h; 1/10 solid/liquid ratio) produced a hydrolysis of 76 % of hemicellulose from soybean hull, liberating approximately, 85 and 62 % of the total xylose and manose, respectively. Four-fold soybean hull hydrolysate (SHH-4C) was submitted to different detoxification treatments, of which activated charcoal 10 % (w/v) showed the best results, removing 95 and 76 % of furfural and phenol, respectively. Kinetic parameters obtained from the cultivation of C. guilliermondii NRRL Y-2075 on detoxified SHH-4C have shown that the osmotic pressure of this medium is higher than that supported by most osmophilic yeasts, revealing the osmotolerant characteristic of C. guilliermondii NRRL Y-2075. When cultivations were carried out on two times concentrated SHH (SHH- 2C) in shake flasks, we obtained high yields of ethanol production. Although xylose was present in high concentrations, no xylitol was produced, probably due to some varying cofactor preference of xylose reductase in this yeast strain. Batch cultivation of SHH-2C employing as variable parameter the oxygen volumetric mass transfer coefficient (kLa), evaluating three different conditions of aeration (kLa of 0, 8 e 46 h-1, respectively, anaerobic, microerobic and anaerobic) revealed that it is possible to produce xylitol from soybean hull hydrolysate if conditions of oxygen limitation are applied. Furthermore, this hydrolysate readily metabolized under aerobic conditions (kLa of 46 h-1) rendering a high biomass yield. These results showed the prospect of SHH as a candidate for biotechnological process.