Enzymatic and chemical production of xylooligosaccharides from sugarcane bagasse and leaf

• Main Author: Forsan, Carolina Froes
• Publication Date: 2020
• Format: Master thesis
• Language: eng
• Source: Repositório Institucional da UNESP
• Download full: http://hdl.handle.net/11449/193035
• topic: Hemicellulose; Xylooligosaccharides; Enzymatic hydrolysis; Acid hydrolysis; Autohydrolysis; Hemicelulose; Xilo-oligossacarídeos; Hidrólise enzimática; Hidrólise ácida; Auto-hidrólise

A partir da biomassa podem ser obtidos produtos de alto valor, entre eles, os xilooligossacarídeos (XOS). Eles agem como prebióticos, componentes alimentares que não são digeridos e estimulam o crescimento de microrganismos benéficos presentes no intestino, como as bifidobactérias e os lactobacilos, melhorando a saúde do hospedeiro. XOS tem uma variedade de aplicações na indústria alimentícia e farmacêutica. O objetivo deste estudo foi comparar a eficácia dos métodos de hidrólise com ácido diluído e auto-hidrólise com hidrólise enzimática, utilizando bagaço e folha de cana-de-açúcar para produção de XOS. O bagaço e a folha foram hidrolisados com ácido sulfúrico ou acético e os parâmetros foram definidos através de um planejamento composto central 23, utilizando ácido sulfúrico ou acético em concentrações entre 1 % e 3 % (m/v); temperatura de 100 °C a 160 °C e tempo de reação de 15 a 55 min. Na auto-hidrólise, um planejamento composto central 22 foi realizado com temperaturas variando de 100 °C a 160 °C e tempo de reação de 15 a 55 min. XOS também foram produzidos a partir da xilana extraída do bagaço e da folha de cana-de-açúcar. A extração alcalina da xilana foi realizada com peróxido de hidrogênio 6 % (m/v), por 4 horas a 25 ºC. A xilana foi utilizada na hidrólise com ácido acético e sulfúrico diluído e na hidrólise enzimática. Os parâmetros da hidrólise ácida foram definidos através de um planejamento composto central 22 com concentração ácida de 1,5 % a 4 % (m/v), tempo de reação de 10 a 30 min e temperatura de 130 °C. A hidrólise enzimática foi realizada com endo-β-1,4-xilanase de Aspergillus versicolor e planejamento composto central 22 com atividade enzimática de 30 a 100 UI.g-1, concentração de substrato (xilana) de 1 % a 5 % por 24 h. Na hidrólise do bagaço e da folha com ácido sulfúrico diluído, a conversão da xilana em XOS foi de 90,13 % e 62,18 % em condições semelhantes (79,55 ºC, 35 min e ácido 2 % m/v). A hidrólise do bagaço e da folha com ácido acético resultou em rendimento de 18,41 % (100 ºC, 15 min e ácido 1% (m/v) e 22,78 % (180,45 ºC, 35 min e ácido 2 % m/v). Na auto-hidrólise, os valores obtidos para bagaço e folha foram 13,67 % (35 min e 172,43 ºC) e 20,71 % (35 min, 130 ºC). Na hidrólise da xilana extraída do bagaço e folha com ácido sulfúrico, os valores foram de 40,16 % e 45,37 % em condições similares (concentração de ácido de 1,5 %, 10 min a 130 ºC). Na hidrólise da xilana extraída do bagaço e da folha com ácido acético, os valores foram 56,29 % (concentração de ácido de 1,5 %, 30 min a 130 ºC) e 53,65 % (concentração de ácido de 2,75 %, 34,14 min a 130 ºC). Na hidrólise enzimática da xilana extraída do bagaço e da folha, os valores foram de 67,43 % e 69,71 % em condições semelhantes (carga enzimática de 65 UI.g-1 e concentração de substrato de 0,17 %). Os maiores resultados da conversão de xilana em XOS foram obtidos na hidrólise do bagaço e folha de cana-de-açúcar com ácido sulfúrico e na hidrólise enzimática e com ácido acético e sulfúrico da xilana do bagaço e da folha de cana-de-açúcar. Exceto pela hidrólise enzimática, houve produção de xilose. O menor rendimento foi obtido na auto-hidrólise devido a condições mais amenas. A xilose é indesejável no processo, pois dificulta a purificação do XOS. Com base nos resultados, a hidrólise enzimática e ácida mostrou-se promissora na produção de XOS em larga escala.