Hidrólise do licor hidrotérmico de bagaço de cana-de-açúcar pela Multifect livre e imobilizada

A primeira etapa do processo SHIF consiste na hidrólise das cadeias de xilooligômeros presentes no licor em frações menores (XOS), chegando a monômeros de xilose que poderão ser utilizados nas etapas subsequentes. Os trabalhos realizados por Milessi, (2017) e Baldez, (2018) avaliaram vários complexos xilanloíticos comerciais e indicaram o Multifect CX XL como candidato mais adequado para uso na SHIF, tendo como fator determinante a elevada concentração de xilose formada nas reações de hidrólise da

xilana de bétula e de eucalipto, respectivamente, ambas glururonoxilanas. Todavia, o substrato a ser utilizado no processo SHIF é a fração líquida do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado, sendo esse rico em XOS derivados de arabinoglucuronoxilanas (BIAN et al., 2012; CANILHA et al., 2012; CARVALHO et al., 2013; GÍRIO et al., 2010).

A fim de avaliar o perfil de XOS obtidos nesta hidrólise, foram realizados ensaios de hidrólise utilizando o licor hidrotérmico de bagaço de cana-de-açúcar (67,7 g.L-1_{). As}

reações foram conduzidas nas condições mais próximas das utilizadas na SHIF (pH 5,6, 35 °C), sendo a carga enzimática fixada em 5 U.mLreator-1 (30 U.gxos-1). A título de comparação,

foram realizadas hidrólises com a enzima livre, os derivados alta carga e uma combinação dos derivados Multifect com a β-xilosidase imobilizada em agarose-gloxil (ambos em alta carga, 50 mgproteína.ggel-1). Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 5.4.

Tabela 5.4. Perfil de XOS produzidos após 24h de hidrólise enzimática do licor hidrotérmico de bagaço de cana- de-açúcar (67,7 g.L-1_{) catalisada pela ação da xilanase Multifect livre, imobilizada e combinada com o derivado}

de β-xilosidase (ambos em alta carga, 50 mgproteína.ggel-1).

Enzima

Concentração de carboidratos (g.L-1_{) Rendimentos (%)}

X6 X5 X4 X3 X2 Xilose XOS Xilose

Livre ND 3,4 ± 0,1 1,7 ± 0,1 6,4 ± 0,3 17,4 ± 0,7 24,5 ± 0,2 58,7 ± 2,3 8,5 ± 0,3 Quit-Mult ND 3,1 ± 0,2 1,3 ± 0,1 5,3 ± 0,1 18,1 ± 0,7 28,8 ± 1,0 56,3 ± 1,7 12,9 ± 0,7 Quit-Mult +

β-xilosidase ND 3,1 ± 0,2 0,9 ± 0,0 4,4 ± 0,0 7,4 ± 0,2 46,5 ± 1,2 32,1 ± 0,5 34,2 ± 1,4 ND: Não detectado.

Observa-se que o perfil de XOS obtidos nas reações catalisadas com a enzima livre e o derivado foram muito próximos, tanto em termos de concentrações dos XOS obtidos como nas conversões alcançadas. Os rendimentos globais de hidrólise foram semelhantes aos obtidos nos trabalhos anteriores do grupo. Baldez (2018) estudou a hidrólise da xilana de eucalipto (8,8 g.L-1_{, pH 5,6, 32 °C) com o complexo Multifect livre. A conversão máxima}

alcançada foi de 44%, produzindo xilose e XOS na ordem de 1 g.L-1_{. Utilizando a enzima livre,}

Milessi (2017) obteve 79% de conversão da xilana de faia (25,4 g.L-1_{, 24h, pH 5,6, 50°C),}

sendo a fração majoritária composta de xilose (13,2 g.L-1_{) e X}

2 (6,5 g.L-1). Contudo, o produto

majoritário obtido nesse trabalho foi xilobiose, diferentemente dos estudos anteriores onde elevadas concentrações de xilose foram obtidas, provavelmente devido às diferentes naturezas dos substratos.

A concentração de xilose obtida também indica que tanto a endoxilanase como a β-xilosidase estavam imobilizadas nos suportes, sendo a ação de ambas necessárias para a

hidrólise dos XOS do licor em xilose não pode ser alcançada apenas com as enzimas imobilizadas nos derivados, sendo necessária a adição de β-xilosidase ao sistema reacional. Os ensaios de hidrólise do licor hidrotérmico catalisado pela combinação dos derivados Multifect com os derivados de β-xilosidase de Bacillus subtillis confirmaram essa hipótese. A concentração de xilose foi consideravelmente superior nesses ensaios (46,5 g.L-1_{), elevando}

o rendimento para 34% em xilose. Observa-se também a queda da concentração de X2,

restando 7,4 g.L-1 _{após 24h de reação, confirmando a importância da complementação com}

derivados de β-xilosidase preparados a parte. Contudo, embora uma considerável melhoria em termos de rendimento tenha sido obtida, a imobilização do complexo Multifect CX XL ainda carece de estudos complementares, empregando outras estratégias de imobilização a fim de alcançar a completa despolimerização da xilana de bagaço de cana-de-açúcar.

É importante ressaltar que quando foi estudada a seleção do complexo xilanolítico a ser imobilizado para o processo SHIF, utilizou-se como principal critério de seleção a maior geração de xilose, portanto, maior presença de β-xilosidase. Tempos depois, obteve-se o clone de β-xilosidase e foi possível produzir, purificar, caracterizar e imobilizar a enzima, que mostrou alto desempenho na hidrólise de xilobiose, podendo ser adicionada ao biocatalisador para melhorar a conversão em xilose.

A seleção do complexo xilanolítico pode então agora se basear em outro critério, por exemplo, a de maior conversão em xilobiose. Essa etapa poderá, assim, ser otimizada, ao se prossegiir no estudo desse processo.

5.4 Conclusão

A primeira etapa do processo SHIF consiste na hidrólise dos XOS presentes no licor hidrotérmico de bagaço de cana-de-açúcar, catalisada pela ação combinada de um conjunto de enzimas presentes no complexo xilanolítico, especialmente endoxilanase e β- xilosidase. O complexo comercial Multifect CX XL A03139 foi imobilizado em géis agarose- glioxil e quitosana-glutaraldeído. Os resultados obtidos com as duas metodologias estudadas foram semelhantes, sendo a atividade do derivado em quitosana ligeiramente superior. Embora o aumento da carga enzimática oferecida tenha permitido a obtenção de um derivado com maior atividade catalítica, as atividades recuperadas não passaram de 50%. Medidas de atividade da enzima livre e dos derivados a 35 °C mostraram não haver limitações difusionais nos derivados, sendo a formação de múltiplas ligações com o suporte a provável justificativa. Os ensaios de hidrólise de longa duração mostraram a capacidade dos derivados de Multifect preparados em quitosana-glutaraldeído (alta carga, 50 mgproteína.ggel-1) de hidrolisar o licor

12,9 %. Contudo, a elevada concentração de xilobiose (28,8 g.L-1_{) acumulada indica a}

necessidade de β-xilosidase, a fim de propiciar a produção de xilose. Ensaios de hidrólise complementados com derivado β-xilosidase (alta carga, 50 mgproteína.ggel-1, agarose-glioxil)

aumentaram a os rendimentos de xilose 34,2%, produzindo 46,5 g.L-1 _{de xilose e reduzindo o}

acumulo de xilobiose para 7,4 g.L-1_{. Embora os rendimentos de hidrólise sejam razoáveis,}

estudos complementares com outras técnicas de imobilização do complexo Multifect CX XL são necessários a fim de alcançar a completa despolimerização da hemicelulose do bagaço de cana-de-açúcar.

5.5 Referências

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