Cellooligosaccharides and xylooligosaccharides production using banana and guava waste, with evaluation of the prebiotic and antioxidant effect - Forsan, Carolina Froes [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
Resíduos do processamento de frutas como banana e goiaba são abundantes no Brasil e podem ser utilizados para produção de celo-oligossacarídeos (COS) e xilo-oligossacarídeos (XOS). Este estudo teve como objetivo produzir COS e XOS com pseudocaule e folha de bananeira e torta de semente de goiaba e avaliar a capacidade antioxidante e prebiótica. Para a produção foram avaliados pré-tratamentos químicos com ácido sulfúrico (20% m/m), hidróxido de sódio e potássio (20% m/m), e peróxido de hidrogênio (6% m/v). Moagem em moinho de bolas e pré-tratamento biológico com endoxilanase de Aspergillus versicolor e endoglucanase (celluclast, Novonesis) também foram estudados. As soluções de COS e XOS (não filtrados e filtrados em cartucho Sep-Pak) e glicose, xilose e celobiose comerciais em concentrações entre 0.1 e 16 g.L-1 foram usadas em testes de atividade antioxidante usando o reagente 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH). Soluções de COS, XOS, xilose, glicose e celobiose nas concentrações de 10 e 20 g.L-1 e soluções de COS misturado com XOS, ambos na concentração de 20 g.L-1, em proporções variadas, foram adicionados a um meio de cultura MRS modificado, (contendo 25% de proteínas e 50% de sais minerais) e serviram como fonte de carbono para o crescimento dos probióticos Bifidobacterium breve and Lactiplantibacillus plantarum. O crescimento foi quantificado por densidade óptica (DO), absorbância de 630 nm usando o leitor de microplaca Tecan Sunrise. Os maioress resultados para conversão de glucano em COS foram obtidos utilizando pré-tratamentos alcalinos. Com pseudocaule de bananeira a maior conversão de glucano em COS foi de 53,05% com KOH e a conversão de xilana em XOS foi de 59,1%. Com folha de bananeira e torta de semente de goiaba a maior conversão de glucano em COS foi de 79,73% e 59,99%, e a conversão de xilana em XOS foi de 66,87% e 55,14%, respectivamente, com NaOH. Os pré-tratamentos alcalinos foram geralmente mais eficientes, o uso de endoxilanase antes da endoglucanase aumentou o rendimento em todos os casos e o uso de moinho de bolas só foi positivo para materiais pré-tratados com ácido sulfúrico e hidróxido de sódio. Em relação a atividade antioxidante, apenas COS e XOS não filtrados em cartucho Sep-Pak foram capazes de reduzir o radical DPPH, XOS foram mais eficazes do que COS. Essa atividade provavelmente foi relacionada a compostos solubilizados na solução, como fragmentos de lignina, extrativos e compostos fenólicos, identificados e qualificados pelo método de Folin-Ciocalteu e espectrofotometria de varredura. Nos ensaios de atividade prebiotica, L. plantarum e B. breve foram capazes de crescer em todas as fontes de carbono usadas. A DO obtida com COS e XOS (isolados ou misturados) em alguns casos foi similar ou maior do que a DO obtida com a glicose (controle), e em geral os micro-organismos foram capazes de consumi-los quase totalmente e produzir como metabólito principalmente ácido acético e ácido láctico. Como conclusão o uso da endoxilanase antes da endoglucanase, principalmente em materiais pré-tratados alcalinamente, aumenta o rendimento de COS, por deixar a celulose mais acessivel à ação da celulase, além disso, XOS, também foram produzidos. Soluções de COS e XOS não purificados mostraram atividade antioxidante, e são prebióticos promissores, sem que haja necessidade de alta pureza, o que tornaria o processo caro. A mistura de COS e XOS também apresentou efeito prebiótico, possibilitando a produção simultânea de ambos, sem necessidade de separação.

Residues from the processing of fruits such as banana and guava are abundant in Brazil and can be used for the production of cellooligosaccharides (COS) and xylooligosaccharides (XOS). This study aimed to produce COS and XOS with banana pseudostem and leaf and guava seed cake, evaluating antioxidant and prebiotic capabilities. For production it was evaluated pretreatments with sulfuric acid (20% w/w), sodium and potassium hydroxide (20% w/w), and hydrogen peroxide (6% w/v). Grinding in a ball mill and biological pretreatment with endoxylanase from Aspergillus versicolor and endoglucanase (celluclast, Novonesis) were also studied. Solutions of COS and XOS (unfiltered and filtered in a Sep-Pak cartridges) and glucose, xylose and commercial cellobiose in concentrations between 0.1 and 16 g.L-1 were used in antioxidant activity tests, with the reagent 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH). COS, XOS, xylose, glucose and cellobiose at concentrations of 10 and 20 g.L-1 and solution of COS with XOS, both at a concentration of 20 g.L-1, in varying proportions, were added to a modified MRS culture medium (containing 25% proteins and 50% mineral salts served) as a carbon source for the growth of probiotics Bifidobacterium breve and Lactiplantibacillus plantarum. Growth was quantified by optical density (OD), absorbance at 630 nm using the Tecan Sunrise microplate reader. The highest results for converting glucan into COS were obtained using alkali pretreatment. With banana pseudostem the highest conversion of glucan into COS was 53.05% with KOH and the conversion of xylan into XOS was 59.1%. With banana leaf and guava seed cake the highest conversion of glucan into COS was 79.73% and 59.99%, and the conversion of xylan into XOS was 66.87% and 55.14%, respectively, with NaOH. Alkaline pretreatments were generally more efficient, the use of endoxylanase before endoglucanase increased yield in all cases and the use of a ball mill was only positive for materials pretreated with sulfuric acid and sodium hydroxide. Regarding antioxidant activity, only COS and XOS unfiltered in a Sep-Pak cartridges were able to reduce the DPPH radical, XOS were more effective than COS. This activity was probably related to compounds soluble in the solution, such as lignin-fragment, extractives and phenolic compounds, identified and qualified by the method of Folin-Ciocalteu and scanning spectrophotometry. In prebiotic activity assays, L. plantarum and B. breve were able to grow on all carbon sources used. The OD obtained with COS and XOS (isolated or mixed) in some cases was similar or greater than the OD obtained with glucose (control), and in general the microorganisms were able to consume them almost completely and produce mainly acetic and lactic acid. As conclusion, the use of endoxylanase before endoglucanase, especially in alkaline pretreated materials, increases the COS yield, by leaving cellulose more accessible to the action of the cellulase, in addition, XOS were also produced. Unpurified COS and XOS solutions showed antioxidant activity and are promising prebiotics, without the need for high purity, which would make the process expensive. The mixture of COS and XOS also presented a prebiotic effect, enabling the simultaneous production of both, without the need for separation.
Produção de celo-oligossacarídeos e xilo-oligossacarídeos usando resíduos de banana e goiaba, com avaliação do efeito prebiótico e antioxidante
Keywords: Cellulose; Chemical pretreatment; Hemicellulose; Enzymatic pretreatment; Physical pretreatment; Celulose; Pré-tratamento químico; Hemicelulose; Pré-tratamento enzimático; Pré-tratamento físico