ÁREA: Bioquímica e Biotecnologia
TÍTULO: Estudo da clarificação do caldo fermentado da palha de trigo e da cristalização do xilitol
AUTORES: CANILHA, L. (EEL-USP) ; CARVALHO, W. (EEL-USP) ; GIULIETTI, M. (IPT) ; FELIPE, M.G.A. (EEL-USP) ; ALMEIDA E SILVA, J.B. (EEL-USP)
RESUMO: A xilose, presente na palha de trigo, foi bioconvertida em xilitol por C. guilliermondii. Obteve-se um caldo com 30,7 g/L xilitol após 82 h. O objetivo deste trabalho foi clarificar o caldo para posterior cristalização do xilitol. Utilizou-se resinas, variando-se os regenerantes e a proporção entre o caldo e a resina. A A-860S e A-500PS em série, regeneradas com NaOH 10%, foram escolhidas devido às maiores remoções de fenóis (93%), acético (98%), sólidos totais (67%), cor (99,5%) e menor perda de xilitol (43%). As cristalizações utilizaram água/etanol como solvente, temperatura saturação de 40 ou 50 °C e velocidade de resfriamento de 0,2 ou 0,4 °C/min. Cristais de xilitol com 95,9 e 95,3% de pureza foram obtidos de misturas com caldo e solução de xilitol nas proporções de 30:70 e 50:50.
PALAVRAS CHAVES: palha de trigo, xilitol, cristalização
INTRODUÇÃO: A palha de trigo é um material lignocelulósico abundante, renovável e de baixo custo, com potenciais aplicações em diversos processos biotecnológicos. Sua fração hemicelulósica pode ser hidrolisada utilizando ácido sulfúrico, resultando em um hidrolisado rico em xilose, substrato primordial para a produção de xilitol pela levedura Candida guilliermondii FTI 20037 (CANILHA et al. 2005).
O xilitol, um açúcar com propriedades anticariogênicas, vem adquirindo importância nas indústrias alimentícia e farmacêutica por apresentar certas propriedades como possuir um poder adoçante semelhante ao da sacarose, não ser calórico, ser adequado à dieta de diabéticos e obesos e ser indicado na prevenção da osteoporose, fibrose cística e otite média aguda (FELIPE, 2004).
A recuperação do xilitol presente no caldo fermentado é a etapa mais complexa do processo biotecnológico (DE FAVERI et al., 2004). Isto se deve à presença de impurezas provenientes tanto da hidrólise ácida (açúcares, íons metálicos, ácido acético, fenóis totais, furfural, hidroximetilfurfural, etc) quanto da fermentação (aminoácidos, peptídeos, proteínas e sais orgânicos) (SAMPAIO et al., 2006). Para eliminar e/ou reduzir o teor destas impurezas, o presente trabalho teve por objetivo clarificar e purificar o caldo fermentado da palha de trigo utilizando resinas de troca-iônica, para subseqüente cristalização do xilitol.
MATERIAL E MÉTODOS: A palha de trigo foi hidrolisada em reator de 250 L (CANILHA, 2006). O hidrolisado foi concentrado e tratado com óxido de cálcio, ácido fosfórico e carvão ativo (ALVES et al., 1998).
As condições para o cultivo de C. guilliermondii FTI 20037, preparo do inóculo e bioconversão xilose-xilitol em reator de 15 L (Bioengineering) são descritas por CANILHA (2006). O caldo obtido foi centrifugado a 2000 g por 20 min, para a retirada das células.
Para a clarificação do caldo, foram realizados ensaios-teste em Erlenmeyers de 125 mL com as resinas A-860S, A-500PS e C-150. Os ensaios avaliaram a influência das soluções utilizadas para a regeneração das resinas e da proporção entre os volumes de caldo e de resina, visando-se maior remoção da coloração e dos inibidores, e menor perda de xilitol. A melhor condição foi então utilizada para clarificar todo o caldo em Erlenmeyers de 2000 mL.
Os ensaios de cristalização foram realizados em reator de 300 mL, 450 rpm, solvente água/etanol (50:50), variando-se a quantidade de caldo, a temperatura de saturação (40 e 50 °C) e a velocidade de resfriamento linear (0,2, 0,4 e 0,5 °C/min). Cristais de xilitol (200 mg) foram adicionados ao sistema para favorecer a nucleação. Ao final dos ensaios, a suspensão foi filtrada e os cristais foram lavados com etanol e secos em dessecador a vácuo por 48 h.
Os açúcares e ác. acético foram determinados por HPLC (CANILHA, 2006), fenóis totais determinados segundo ROCHA (2000), sólidos totais em mufla elétrica a 800 °C/4 h, sólidos solúveis em refratômetro, cor do caldo segundo metodologia ICUMSA, temperatura e calor de fusão e a pureza dos cristais por DSC 822e, rendimento de cristalização (%): massa cristalizada por massa do xilitol presente no caldo.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Após fermentação e centrifugação, o caldo da palha de trigo apresentou a seguinte composição (g/L): xilitol (30,9), xilose (3,1), arabinose (6,8), ác. acético (0,8) e fenóis totais (15,5).
O caldo foi então submetido a uma série de tratamentos, totalizando 18 ensaios. As resinas A-860S e A-500PS em série, regeneradas com NaOH 10%, foram as escolhidas para a clarificação, devido às maiores remoções de fenóis (93%), ác. acético (98%), sólidos totais (67%), coloração (99,5%) e à menor perda de xilitol (43%). A Tabela 1 apresenta a composição do caldo durante as etapas da clarificação e a Figura 1 mostra o aspecto do caldo durante estas etapas.
No presente trabalho, destacou-se a eficiência de remoção dos compostos que podem atuar como inibidores da cristalização (fenóis totais, ác. acético e sólidos totais). Comportamento semelhante foi observado por CARVALHEIRO et al. (2005) no tratamento do hidrolisado de bagaço de malte e por NILVEBRANT et al. (2001) no tratamento do hidrolisado de madeira. Entretanto, no presente trabalho observou-se uma perda de 43% de xilitol. Comportamento semelhante foi observado por MARTINEZ (2005) na clarificação de caldo de bagaço de cana com resinas A-505 e C-505 (perdas de xilitol de 8,1 e 15,2%).
O caldo, após concentração, apresentou a seguinte composição (g/L): xilitol (726,5), xilose (3,1), arabinose (3,2), ác. acético (1,0) e fenóis totais (12,2). O caldo foi submetido a uma série de cristalizações, totalizando 12 ensaios. Houve cristalização de xilitol quando 50% de caldo misturado a 50% de solução de xilitol ou 30% de caldo misturado a 70% de solução de xilitol foram utilizados, obtendo-se rendimentos de 7,8 e 43,5%, respectivamente. Os cristais de xilitol obtidos apresentaram pureza de 95,9 e 95,3%, respectivamente.
CONCLUSÕES: Foi possível clarificar o hidrolisado hemicelulósico de palha de trigo fermentado pela levedura C. guiliermondii FTI 20037, utilizando-se resinas de troca iônica. Os melhores resultados em termos de redução da coloração (99,5%) e remoção de fenóis totais (93%), ácido acético (98%) e sólidos totais (67%) foram obtidos quando as resinas A-860S e A-500PS, regeneradas com NaOH a 10%, foram utilizadas em série. Observou-se que uma maior quantidade de impurezas no caldo fermentado acarretou em uma maior dificuldade para cristalização do xilitol a partir do licor-mãe.
AGRADECIMENTOS: Instituto Agronômico de Campinas, Fapesp e CNPq.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALVES, L.A.; FELIPE, M.G.A.; ALMEIDA E SILVA, J.B.A.; SILVA, S.S.; PRATA, A.M.R. 1998. Pretreatment of sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate for xylitol production by Candida guilliermondii. Applied Biochemistry and Biotechnology, 70/72: 89-98.
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MARTINEZ, E.A. 2005. Estudo do processo de cristalização de xilitol obtido por via fermentativa. Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de Lorena, Lorena, Brasil.
NILVEBRANT, N.O.; REIMANN, A.; LARSSON, S.; JÖNSSON, L.J. 2001. Detoxification of lignocellulose hydrolysates with ion-exchange resins. Applied Biochemistry and Biotechnology, 91-93: 35-49.
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