Imobilização de xilanases de Aspergillus labruscus ITAL 22.223: utilização em reator para obtenção de xilose a partir de sabugo de milho para produção de xilitol

Abstract

O sabugo de milho é um resíduo rico em material lignocelulósico que pode ser reaproveitado para produção de xilitol, por meio de conversão enzimática e posterior fermentação com leveduras do gênero Candida. Diante do exposto, esse estudo teve por objetivo a extração de xilana de sabugo de milho para ser hidrolisada por xilanase de Aspergillus labruscus ITAL 22.223 imobilizada e a xilose, obtida da hidrólise enzimática, utilizada em fermentação com Candida tropicalis ATCC 750 para produção de xilitol. As xilanas extraídas apresentaram baixa contaminação por proteínas (<0,45%) e fenóis (<0,1%) e quando hidrolisadas enzimáticamente, foi possível constatar, através do CCD, bandas de nítidas de xilose, xilobiose e xilotriose. Na caracterização da atividade enzimática, utilizando xilana comercial como substrato, a enzima apresentou temperatura ótima na faixa de 55–75 ºC, pH ótimo de reação de 4,5 e 5,5, termoestabilidade em 45 ºC por 120 min e estabilidade ao pH na faixa de 3,0 a 5,0 por 1 h. Para xilana extraída de sabugo de milho (ABST) 5% utilizada como substrato, a temperatura ótima de reação para a enzima foi de 45-60 ºC, pH ótimo de reação 3,5 e 5,0, termoestabilidade de 45-50 ºC por 24 h e estabilidade ao pH de 80% de atividade em todas as faixas analisadas. Na imobilização da xilanase, utilizando resinas de troca iônica, obteve-se rendimento, eficiência, atividade recuperada e atividade do derivado de 93%, 97%, 100% e 11U/g, respectivamente, para DEAE-Celulose, e de 99%, 98%, 11% e 8,9 U/g, respectivamente, para DEAE-Sephadex. Os derivados apresentaram temperatura e pH ótimo de reação de 55 ºC e 5,0, utilizando a xilana ABST como substrato. O derivado DEAE-Celulose foi utilizado em reator enzimático para hidrolisar a xilana ABST, obtendo 2mg/mL de xilose ao final de 48 h. Na fermentação com C. tropicalis, a xilose comercial 2% foi 85% consumida a 35 ºC em 72 h de fermentação. No ensaio com a xilose obtida da hidrolise da xilana ABST, a levedura consumiu cerca 60% ao final de 96 h e as análises de HPLC indicaram a produção de 1,02 mg/mL de xilitol em 48 h de fermentação. Deste modo, foi possível produzir xilitol a partir da xilose obtida da hidrólise da xilana de sabugo de milho, potencializando a reutilização do sabugo de milho para produção de produtos de alto valor agregado.

Corn cob is a residue rich in lignocellulosic material that can be reuse for the xylitol production, through enzymatic conversion and fermentation subsequent with yeasts of Candida genus. Given above, this study aimed to xylan extract of corn cobs to be hydrolyzed by immobilized Aspergillus labruscus ITAL 22,223 xylanase and the xylose, obtained from enzymatic hydrolysis, used in Candida tropicalis ATCC 750 fermentation to xylitol production. The xylans extracted showed low contamination by proteins (<0.45%) and phenols (<0.1%) and, when enzymatically hydrolyzed, it was possible to observe, through the CCD, clear bands of xylose, xylobiose and xylotriose. In the enzymatic activity characterization, using commercial xylan as substrate, the enzyme presented an optimal temperature in range of 55-75 ºC, pH reaction optimal of 4.5 and 5.5, thermostability at 45 ºC for 120 min and stability at pH in the range from 3.0 to 5.0 for 1 h. For corn cob ABST 5% xylan used as substrate, the optimal temperature for the enzyme was 45-60 ºC, optimal reaction pH of 3.5 and 5.0, thermostability of 45-50 ºC for 24 h and stability at pH of 80 % of activity in all analyzed range. In enzymatic immobilization, using ion exchange resins, yield, efficiency, recovered activity and derivative activity of 93%, 97%, 100% and 11U/g were obtained, respectively, for DEAE-Cellulose, and 99%, 98 %, 11% and 8.9 U/g, respectively, for DEAE-Sephadex. Derivatives showed an optimal reaction temperature and pH of 55ºC and 5.0, using ABST xylan as substrate. The DEAE-Cellulose derivative was used in an enzymatic reactor to hydrolyze ABST xylan, obtaining 2mg/mL of xylose after 48 h. The fermentation with C. tropicalis, the commercial xylose 2% was consumed 85% at 35 ºC in 72 h of fermentation. The assay with xylose obtained from ABST hydrolysis, the yeast consumed about 60% at in 96 h and HPLC analyzes production indicated of 1.02 mg/mL of xylitol in 48 h of fermentation. In this way, it was possible xylitol production from xylose obtained from the xylan hydrolysis of corn cob, enhancing reuse of corn cob for products production with high added value.