Produção de xilo-oligossacarídeos a partir do bagaço de cana-de-açúcar pela ação de xilanase GH10 de Thermoascus aurantiacus com atividade expressa em Pichia pastoris e aplicação. - Nascimento, Carlos Eduardo de Oliveira [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
Os xilo-oligossacarídeos (XOS) são ingredientes com atividade prebiótica e podem ser adicionados em muitos alimentos como doces e pães ou como suplementos na forma de cápsulas ou sachês. XOS desempenham funções benéfica por estimular seletivamente o crescimento de bactérias probióticas dos gêneros Lactobacillus e Bifidobacterium na microbiota intestinal. A xilana, precursora dos XOS, é o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza, presente na parede celular vegetal e disponível nos resíduos lignocelulósicos (RLC) como o bagaço de cana-de-açúcar. A grande disponibilidade deste material, devido ao elevado numero de usinas que processam a cana-de-açúcar, o tornam alvo de inúmeras pesquisas buscando alternativas para o seu melhor aproveitamento. Uma destas alternativas se configura na produção dos XOS, o qual consistiu no objetivo deste trabalho. Inicialmente foram estudados métodos de extração da xilana, estabelecendo, ao final, um processo multi etapas empregando NaOH 15% (m/v) / ácido fosfórico / etanol 96%. Então, foi avaliado o efeito da granulometria na eficiência da extração desta fração (avaliada com teor de xilose) obtendo-se os seguintes resultados: granulometrias < 1 mm, 1 mm e 1,41mm e > 1,41 resultaram em 83,41% ± 2,08%, 51,74% ± 2,58% e 31,85% ± 1,42% de xilana respectivamente. A extração de xilana também foi avaliada onde foi obtido um índice de recuperação de 91,15% ± 1,96%, 44,22% ± 2,13% e 18,62% ± 4,63% de xilana respectivamente de acordo com as granulometrias citadas acima. A hemicelulose que apresentou melhor extração foi submetida a hidrólise enzimática para produção de xilo-oligossacarídeos pela enzima xilanase GH10 recombinante de Thermoascus aurantiacus expressa por Pichia pastoris. Foi aplicado um planejamento estatístico do tipo Face Centrada com 2 fatores envolvidos (carga de enzima e concentração de hemicelulose), visando a otimização da produção de XOS e as condições ótimas obtidas foram, 220 U de xilanase g-1 de xilana e 25% de xilana. Nestas condições foi possível obter 28,62±1,29 g L-1 de XOS com predominância de xilobiose, xilotriose e xilotetraose. Estudos de inibição mostraram que a xilanase GH10 foi inibida em concentrações superiores a 50 mM de xilose. A capacidade dos XOs de estimularem o crescimento de Lactobacillus, comparativamente a glicose e xilose, mostraram que 5 cepas de Lactobacillus foram capazes de crescer utilizando os XOS como fonte de carbono.

Xylo-oligosaccharides (XOS) are ingredients with prebiotic activity and can be added in many foods as sweets and breads or as supplements in the form of capsules or sachets. XOS perform beneficial functions by selectively stimulating the growth of probiotic bacteria of the genus Lactobacillus and Bifidobacterium in the intestinal microbiota. Xylan, the precursor of XOS, is the second most abundant polysaccharide in nature, present in the plant cell wall and available in lignocellulosic (RLC) residues such as sugarcane bagasse. The high availability of this material, due to the high number of sugarcane processing plants, makes it the target of numerous researches seeking alternatives for its better use. One of these alternatives is the production of XOS, which consisted of the objective of this work. Initially, xylan extraction methods were studied, establishing in the end a multistate process using NaOH 15% (m / v) / phosphoric acid / ethanol 96%. The effect of the granulometry on the efficiency of the extraction of this fraction (evaluated with xylose content) was evaluated, with the following results: granulometry <1 mm, 1 mm and 1.41 mm and> 1.41 resulted in 83.41% ± 2.08%, 51.74% ± 2.58% and 31.85% ± 1.42% of xylose respectively. Hemicellulose extraction was also evaluated where a recovery index of 91.15% ± 1.96%, 44.22% ± 2.13% and 18.62% ± 4.63% of hemicellulose was obtained according to granulometries cited above. The hemicellulose that presented the best solubilization was submitted to enzymatic hydrolysis for the production of xylo-oligosaccharides by the recombinant xylanase GH10 enzyme of Thermoascus aurantiacus expressed by Pichia pastoris. A statistical analysis was applied with two factors involved (enzyme loading and hemicellulose concentration), aiming at the optimization of XOS production and the optimum conditions obtained were 220U xylanase and 25% xylan. Under these conditions it was possible to obtain 28,62±1,29 g L-1 of XOS with predominance of xylobiose, xylotriose and xylotetraose. Inhibition studies showed that xylanase GH10 was inhibited at concentrations greater than 50 mm xylose. The ability of XOs to stimulate growth of Lactobacillus, compared to glucose and xylose, showed that 5 strains of Lactobacillus were able to grow using XOS as the carbon source.
Production of xylo-oligosaccharides from sugarcane bagasse by recombinante xylanase GH10 from Thermoascus aurantiacus with express activity in Pichia pastoris and application
Keywords: Xilo-oligossacarídeos; Xilanase GH10 recombinante; Prebiótico; Thermoascus aurantiacus; Pichia pastori; Xylooligosaccharides; Recombinant xylanese GH10; Prebiotic