Produção e caracterização de exopolissacarídeos de Mesorhizobium sp. SEMIA 816 a partir de monossacarídeos constituintes da biomassa lignocelulósica e hidrolisado de casca de soja
Autor: Belkis Chalup Silveira Roesler (Currículo Lattes)
Resumo
O Brasil é um dos principais produtores mundiais de soja, ocorrendo em seu processamento a geração de quantidades expressivas de cascas, uma biomassa lignocelulósica com potencial para uso como fonte de carbono em cultivos microbianos. Entretanto, a maioria dos micro-organismos não tem capacidade de assimilar os polissacarídeos constituintes, havendo a necessidade de uma hidrólise prévia, convertendo-os em pentoses e hexoses. No caso da hidrólise enzimática, o pré-tratamento da biomassa lignocelulósica pode facilitar a ação das enzimas, aumentando o rendimento. Por outro lado, exopolissacarídeos (EPS) são polissacarídeos excretados por diversos micro-organismos, apresentando propriedades físicas e químicas que garantem sua ampla aplicação, principalmente relacionada com seu comportamento reológico. As bactérias diazotróficas têm sido apontadas como potenciais produtoras de EPS, entretanto são escassos os estudos envolvendo tanto o uso de pentoses puras como biomassa lignocelulósica submetida à hidrólise. No primeiro artigo, monossacarídeos constituintes de biomassas lignocelulósicas (glicose, xilose e arabinose) foram testados como fonte de carbono no cultivo de Mesorhizobium sp. SEMIA 816. Não houve diferenças significativas (p>0,05) na produção de EPS (3,27-3,39 g/L), evidenciando a capacidade do micro-organismo de produzir EPS tanto a partir de pentoses quanto hexoses. Já para a biomassa, diferenças significativas foram observadas (p<0,05), atingindo 0,86 g/L (xilose), 1,11 g/L (glicose) e 0,68 g/L (arabinose). A análise da composição de carboidratos demonstrou que os EPS produzidos são heteropolissacarídeos polianiônicos, formados por glicose, galactose, manose, ramnose, ácido glicurônico e ácido galacturônico, sendo que os teores de ramnose e ácido glicurônico foram 1,8 vezes superiores para o EPS obtido de arabinose comparado ao de xilose. Os EPS não apresentaram diferenças em relação ao comportamento reológico, caracterizado pelo modelo de Herschel-Bulkley. Os EPS demonstraram alta estabilidade térmica, importante para aplicações comerciais. No segundo artigo, pré-tratamentos da casca de soja por micro-ondas e autoclave foram avaliados. Os melhores resultados foram obtidos em autoclave (121 oC, 15 min), com um aumento de 6,7 vezes na concentração de açúcares redutores (AR) em relação à hidrólise enzimática sem tratamento prévio. Um planejamento composto central com 3 variáveis (temperatura, pH e relação enzima/substrato) foi proposto para maximizar a hidrólise enzimática com Celluclast® 1.5 L, sendo que as variáveis temperatura e razão enzima/substrato foram significantes (p<0,1) para AR. As melhores condições de hidrólise foram estabelecidas como temperatura de 50 °C, pH 5,3 e razão enzima/substrato de 20 UPF/g, obtendo-se um hidrolisado com 40,4 g/L de AR, destacando-se celobiose (11,1 g/L), glicose (3,7 g/L), xilose (1,3 g/L) e arabinose (1,5 g/L). No cultivo de Mesorhizobium sp. SEMIA 816 com hidrolisado, 1,26 g/L de biomassa e 3,93 g /L de EPS foram obtidos, valores similares aos encontrados para monossacarídeos puros. A reologia seguiu o modelo de Herschel-Bulkley, observando um incremento da viscosidade com a redução do pH. Na análise térmica, a temperatura de degradação foi de 273-304 °C, comprovando sua boa estabilidade térmica. Desta forma, os resultados indicam o potencial de utilização de meios contendo hidrolisado de casca de soja como fonte de carbono no cultivo de Mesorhizobium sp. SEMIA 816 para a produção de EPS com potenciais aplicações comerciais.