Aproveitamento do bagaço e palha de cana-de-açúcar na produção de xilitol por Candida tropicalis: Influência dos compostos tóxicos no metabolismo celular

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Bianchini, Italo de Andrade
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Candida tropicalis; Adaptação celular; Cellular adaptation; Hidrolisado hemicelulósico de bagaço e palha de cana-de-açúcar; Inibidores de origem lignocelulósica; Lignocellulosic inhibitors; Sugarcane bagasse and straw hemicellulosic hydrolysate; Xilitol; Xylitol
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-27092022-082740/

Uma das etapas chaves da produção biotecnológica de xilitol a partir do bagaço e da palha de cana-de-açúcar é a desconstrução da parede celular vegetal, uma vez que este processo solubiliza os açúcares constituintes da hemicelulose, permitindo a conversão da xilose a xilitol por leveduras assimiladoras de pentoses. Contudo, inibidores microbianos de origem lignocelulósica formados/liberados nessa etapa, como ácido acético, furanos e compostos fenólicos, inibem a produção de xilitol durante a fermentação. A adaptação celular se apresenta como uma estratégia para superar a toxicidade destes inibidores, uma vez que desenvolvem microrganismos robustos e tolerantes, contribuindo para a melhoria da performance microbiana frente a toxicidade do hidrolisado. Esta estratégia pode ainda ser empregada de forma complementar aos procedimentos de destoxificação de hidrolisados hemicelulósicos usualmente realizados para ampliar ainda mais a tolerância microbiana aos inibidores de origem lignocelulósica. Desse modo, o objetivo deste trabalho foi avaliar a adaptação de Candida tropicalis FTI 20037 ao hidrolisado hemicelulósico da mistura de bagaço e palha de cana (HHBP) visando a superação da toxicidade do hidrolisado, bem como o aumento da produção de xilitol. Para isso, a levedura foi adaptada ao HHBP obtido por hidrólise ácida diluída com diferentes características químicas (hidrolisados original, concentrado e concentrado/destoxificado) e empregada em fermentações do HHBP concentrado e destoxificado para avaliação do efeito da adaptação sobre sua fermentabilidade, bem como de possíveis alterações fisiológicas e metabólicas entre as linhagens adaptada e original. A adaptação da levedura ao HHBP concentrado e destoxificado aumentou o rendimento de xilitol e a eficiência de conversão de xilose em xilitol em 13,3 %, a produtividade volumétrica de xilitol em 7,1 % e a velocidade específica de produção de xilitol em 9,7 %. Foi observado ainda, para esta condição, uma melhoria no consumo de 5-HMF em relação às células não adaptadas. As estratégias adaptativas avaliadas, contudo, não proporcionaram melhorias no consumo de glicose e xilose, enquanto para a arabinose foi observado um aumento do consumo quando C. tropicalis foi adaptada ao HHBP e ao HHBP concentrado e destoxificado. Células adaptadas aos três hidrolisados apresentaram uma diminuição na remoção de fenólicos totais ao longo das fermentações, indicando possíveis alterações fisiológicas em função da adaptação celular. Quanto ao consumo de ácido acético, não foram observadas diferenças entre as condições avaliadas. Em relação à membrana plasmática da levedura, não foram observadas diferenças em sua integridade quando C. tropicalis foi cultivada no HHBP concentrado e destoxificado após 24 e 48 h, provavelmente devido a mecanismos de tolerância expressos. A maior proporção de células com a membrana não íntegra foi observada na fermentação em meio semidefinido devido à drástica queda do pH nas primeiras horas de fermentação. Conclui-se que a adaptação de C. tropicalis ao HHBP concentrado e destoxificado foi a estratégia adaptativa mais eficaz, uma vez que favoreceu a produção de xilitol, o consumo de arabinose e contribuiu para o desenvolvimento de um fenótipo mais tolerante à toxicidade do HHBP.