ÁREA: Bioquímica e Biotecnologia
TÍTULO: Obtenção de xilitol em hidrolisado de bagaço de cana com células imobilizadas em alginato de cálcio: Estabilidade operacional em modo semi-contínuo de fermentação
AUTORES: CARVALHO, W. (EEL-USP) ; CANILHA, L. (EEL-USP) ; SILVA, S.S. (EEL-USP)
RESUMO: O presente trabalho teve por objetivo avaliar a estabilidade operacional da bioprodução de xilitol em hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana, empregando-se células de Candida guilliermondii FTI 20037 imobilizadas em esferas de alginato de cálcio. Foram realizadas cinco bateladas sucessivas de fermentação, reutilizando-se as células imobilizadas nas esferas de alginato de cálcio. Em média, obteve-se produção de 51.6 g/L, produtividade de 0.43 g/L h e rendimento de 0.71 g/g em cada uma das bateladas repetidas.
PALAVRAS CHAVES: xilitol, hidrolisado de bagaço de cana, alginato de cálcio
INTRODUÇÃO: O xilitol é um poliol que apresenta poder adoçante equivalente à sacarose. Além de prevenir, reverte o desenvolvimento de cáries dentárias. Apresenta baixo valor calórico e seu metabolismo independe de insulina. Nos últimos anos, diversos trabalhos têm evidenciado a eficácia do uso de xilitol na prevenção de infecções das vias aéreas superiores, entre outras aplicações.
Atualmente, o xilitol é produzido em escala industrial por redução química (níquel de Raney) da xilose, sob elevadas condições de temperatura e pressão. Espera-se que a via biotecnológica de produção deste poliol, baseada na redução biológica (xilose redutase) da xilose sob condições amenas de temperatura e pressão, resulte em menor custo de produção.
No presente trabalho, avaliou-se o comportamento da levedura Candida guilliermondii FTI 20037 imobilizada em alginato de cálcio na bioprodução de xilitol em hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana, utilizando-se a modalidade de bateladas repetidas de fermentação.
MATERIAL E MÉTODOS: Inicialmente, o bagaço de cana de açúcar foi submetido à hidrólise com ácido sulfúrico diluído em reator piloto de 250 L, utilizando-se condições previamente definidas (SILVA et al., 2005). O hidrolisado obtido foi concentrado 5 vezes sob pressão reduzida, com o objetivo de maximizar a concentração de xilose. Após a concentração, o hidrolisado foi então submetido à detoxificação por alteração de pH e adsorção em carvão ativado (ALVES et al., 1998) e suplementado com sulfato de amônio e extrato de farelo de arroz (CARVALHO et al., 2007) antes de ser utilizado para a bioprodução de xilitol.
A bioprodução de xilitol foi realizada em reator de mistura de 2.4 L, utilizando-se hidrolisado suplementado, vazão de ar igual a 1.3 L/min, agitação de 300 rpm, concentração inicial de células de 1.4 g/L e pH inicial do meio de fermentação igual a 6. Ao final de cada uma das 5 bateladas repetidas, o meio fermentado (1.3 L)foi substituído por igual volume de meio recém preparado, mantendo-se os pellets (200 g)dentro do reator.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Conforme pode ser observado na Tabela 1, xilose, arabinose e glicose (em concentrações decrescentes) foram os principais açúcares detectados no hidrolisado original. Ácido acético, furfural, hidróxi-metil-furfural (HMF) e derivados da lignina (lignina Klason), subprodutos da hidrólise ácida que influenciam negativamente o metabolismo microbiano, também foram detectados neste hidrolisado. Enquanto os teores de açúcares aumentaram proporcionalmente ao fator de concentração do hidrolisado (5 vezes), as concentrações de compostos inibitórios comportaram-se de maneira distinta durante a concentração. Tanto a detoxificação quanto a suplementação nutricional promoveram alterações consideráveis na composição do hidrolisado, destacando-se uma forte redução no conteúdo de compostos inibitórios ao metabolismo microbiano e uma sensível diminuição no teor de xilose, respectivamente.
A Tabela 2 ilustra os valores de concentração de produto (xilitol), produtividade volumétrica, fator de rendimento e velocidade de consumo de substrato (xilose) obtidos durante as 5 bateladas repetidas de fermentação. Conforme pode ser observado, não foram verificadas grandes alterações nestes parâmetros fermentativos ao longo das bateladas, uma vez que os valores de coeficiente de variação foram inferiores a 10 %. Em média, obteve-se 51.6 g/L de xilitol em cada uma das bateladas, com produtividade de 0.43 g/L h e rendimento de 0.71 g/g.
CONCLUSÕES: Embora o fator de rendimento tenha sido elevado, cerca de 80 % do valor máximo (BARBOSA et al., 1988), a produtividade foi inferior àquela (12 g/L h) reportada para um sistema com reciclo total de células em um biorreator a membrana (KWON et al., 2006). A concentração final de produto obtida no meio fermentado foi também inferior àquela (356 g/L) obtida em um sistema no qual se promoveu o controle da vazão de ar fornecida ao biorreator em tempo real, ao longo de 5 bateladas alimentadas (por pulsos, sem variação de volume) sucessivas de fermentação (NAKANO et al., 2000).
AGRADECIMENTOS: Fapesp, CNPq
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALVES, L.A.; FELIPE, M.G.A.; SILVA, J.B.A.; SILVA, S.S.; PRATA, A.M.R. Applied Biochemistry and Biotechnology. 70-72, 89-98, 1998.
BARBOSA, M.F.S.; MEDEIROS, M.B.; MANCILHA, I.M.; SCHNEIDER, H.; LEE, H. Journal of Industrial Microbiology. 3, 241-51, 1988.
CARVALHO, W.; CANILHA, L.; SILVA, S.S. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 43, 47-53, 2007.
KWON, S.G.; PARK , S.W.; OH, D.K. Journal of Bioscience and Bioengineering. 101, 13-18, 2006.
NAKANO, K.; KATSU, R.; TADA, K.; MATSUMURA, M. Journal of Bioscience and Bioengineering. 89, 372-6, 2000.
SILVA, S.S.; MATOS, Z.R.; CARVALHO, W. Biotechnology Progress. 21, 1449-1452, 2005.
