Cellooligosaccharides and xylooligosaccharides production from sugarcane bagasse and cotton residues using chemical, physical and biological approaches - Felipuci, Jefferson Poles [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
Celo-oligosacarídeos (COS) e xilo-ogosacarídeos (XOS) são oligômeros com interesse em diversas áreas, como a agricultura e a indústria alimentícia. A produção de COS e XOS depende do pré-tratamento envolvido na biomassa. Este estudo foi dedicado à produção de COS e XOS a partir de duas biomassas diferentes: bagaço de cana-de-açúcar e resíduo de algodão. Os métodos envolveram pré-tratamento químico, físico e biológico, e uma combinação deles. Também, para ambos os estudos, foram realizadas análises por raios-x, FTIR-ATR e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Para o bagaço de cana, o objetivo foi a produção de COS e XOS por combinação de pré-tratamentos físicos e biológicos, enquanto que para o resíduo de algodão o objetivo foi a produção de COS utilizando pré-tratamentos químicos, físicos e biológicos, individualmente. O bagaço de cana foi pré-tratado biologicamente por 5 meses com Coniophora puteana (CBMAI 0870), Gloeophyllum trabeum (CBMAI 0872) e Pleurotus ostreatus (CCIBt 2338). Uma parte da biomassa foi moída em esferas e a outra parte foi moída com faca, então a hidrólise enzimática com celulase e xilanase foi aplicada em diferentes cargas de enzimas. Após cinco meses de pré-tratamento com C. puteana, seguido de hidrólise enzimática utilizando celulase a 50 UI/g em combinação com moagem com faca, o rendimento de COS atingiu 26,23%. Em contraste, quando o mesmo pré-tratamento foi aplicado, mas com moagem de esferas, o rendimento de COS aumentou para 36,65%. O melhor resultado do XOS foi 78,12% de rendimento após o pré-tratamento biológico com G. trabeum após 1 mês de pré-tratamento. Para o resíduo de algodão, foi utilizado NaOH com diferentes concentrações e temperaturas, moagem em esferas com três tempos diferentes de reações e pré-tratamento biológico utilizando crescimento de Gloeophyllum trabeum (CBMAI 0872) por 15 dias em meio líquido. O rendimento de COS atingiu 8,68% a partir do algodão não tratado com 100 UI/g de enzima, contra 11,61% de COS que foi alcalino pré-tratado com 50% de NaOH (m/m) a 100 ºC. O pré-tratamento biológico atingiu 9,13% do rendimento de COS utilizando a mesma quantidade de enzima. Além disso, o método de moagem por esferas obteve o melhor rendimento de COS, atingindo 30,11% após 6 h de moagem. Para ambos os estudos, as análises de raios-x, FTIR-ATR e MEV mostraram diferenças nas biomassas em comparação com as não tratadas, principalmente após o pré-tratamento da moagem de esferas, diminuindo drasticamente o índice de cristalinidade, de 65,38% do índice de cristalinidade da amostra não tratada para 47,85% após 3 h de moagem de esferas. Este estudo examina os efeitos de pré-tratamentos químicos, físicos e biológicos em bagaço de cana-de-açúcar e algodão na produção de COS e XOS.

Cellooligosaccharides (COS) and xylooligosaccharides (XOS) are oligomers with interest in several areas, such as agriculture and food industry. The production of COS and XOS depends on the pretreatment involved in the biomass. This study was dedicated to COS and XOS production from two different biomasses: sugarcane bagasse and cotton residue. The methods involved chemical, physical and biological pretreatment, and a combination of them. Also, for both studies, x-ray, FTIR-ATR and scanning electron microscope (SEM) analysis were performed. For sugarcane bagasse, the objective was the production of COS and XOS by a combination of physical and biological pretreatments, while for cotton residue the objective was the production of COS using chemical, physical and biological pretreatments, individually. The sugarcane bagasse was biologically pretreated for 5 months with Coniophora puteana (CBMAI 0870), Gloeophyllum trabeum (CBMAI 0872), and Pleurotus ostreatus (CCIBt 2338). A part of the biomass was ball-milled, and the other part was knife-milled, then the enzymatic hydrolysis with cellulase and xylanase was applied in different enzyme loads, ranging from 20 to 50 IU/g. After five months of pretreatment with C. puteana, followed by enzymatic hydrolysis using cellulase at 50 IU/g in combination with knife milling, the yield of COS reached 26.23%. In contrast, when the same pretreatment was applied but with ball milling instead, the yield of COS increased to 36.65%. The best XOS result was 78.12% yield after the biological pretreatment with G trabeum after 1 month of pretreatment. For the cotton residue, NaOH was used with different concentrations and temperature, ball milling with three different times of reactions and biological pretreatment using Gloeophyllum trabeum (CBMAI 0872) growth for 15 days in liquid medium. The COS yield reached 8.68% from untreated cotton using 100 IU/g of enzyme, against 11.61% of COS which was alkali pretreated using 50% NaOH (w/w) at 100 ºC. The biological pretreatment reached 9.13% of COS yield using the same enzyme load. The ball milling method obtained the best COS yield, reaching 30.11% after 6 h of milling. For both studies, the x-ray, FTIR-ATR and SEM analysis showed differences in the biomasses in comparison to the untreated ones, mainly after the ball milling pretreatment, decreasing drastically the crystallinity index, from 65.38% to 47.85% after 3 h of ball milling. This study examines the effects of chemical, physical, and biological pretreatments on sugarcane bagasse and cotton in the production of COS and XOS.
Cellooligosaccharides and xylooligosaccharides production from sugarcane bagasse and cotton residues using chemical, physical and biological approaches
Keywords: Oligosaccharides; Biomass; Sugarcane bagasse; Cotton; Enzymatic hydrolysis; Oligossacarídeos; Biomassa; Bagaço de cana-de-açúcar; Algodão; Hidrólise enzimática