Valorização de cascas do fruto de cacau (Theobroma cacao L.) : obtenção de hidrolisado do pré-tratamento químico e enzimático para a produção de ácido propiônico

Abstract

Resumo: A casca de cacau (CC) é considerada um resíduo problemático nas fases iniciais da indústria de processamento de cacau. As sementes são separadas do fruto e a casca é posteriormente descartada, originando possíveis focos de doenças fitossanitárias graves, se a disposição final não for feita adequadamente. Há algum tempo, as cascas têm sido utilizadas como ingrediente na alimentação animal e como fertilizante. No entanto, nos últimos anos este material despertou o interesse de pesquisadores de diferentes áreas devido ao seu importante conteúdo em pectina, sua capacidade antioxidante, potencial energético e suas características para produzir materiais adsorventes, ou carbono ativado. Assim, esta ampla gama de aplicações torna à CC um subproduto importante da cadeia produtiva do cacau. Neste trabalho foi avaliada a possibilidade da produção de biomoléculas a partir da glucose obtida da hidrólise da CC. Em primeiro lugar, estabeleceram-se os pré-tratamentos alcalino (com NaOH 2,3% (m/v)) e enzimático, utilizando Cellic® CTec 2 (2,4% (v/v)) para obter glucose a partir da CC, atingindo concentrações máximas de 60,5 g·L-1 e obtendo-se um rendimento de 305 mg de glucose/g de CC. Em seguida, utilizando técnicas diferentes, realizou-se a caracterização física e química da CC in natura e pré-tratada com o propósito de avaliar a efetividade do tratamento. As alterações estruturais e morfológicas da CC foram examinadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Ao mesmo tempo, foram determinados os grupos funcionais das amostras, mediante a técnica de Infravermelho (FTIR). A difração de raios-X (DRX) permitiu determinar o índice de cristalinidade (CrI) antes e depois dos tratamentos. Finalmente, a estabilidade térmica e as propriedades do material lignocelulósico e suas temperaturas de degradação, foram determinadas por análise termogravimétrica (TG). O hidrolisado obtido da casca de cacau (HCC), foi caracterizado através da quantificação dos componentes por HPLC. Subsequentemente, foi proposto um meio de fermentação composto pelo HCC, como matéria-prima de baixo custo, adicionado glicerol e extrato de levedura, para obtenção de ácido propiônico (AP), utilizando a cepa de Propionibacterium jensenii DSM 20274 do banco de cepas do PPGEBB da UFPR. A concentração de AP no meio atingiu um máximo de 10,28 g·L-1 e uma produtividade de 0,079 g·L-1·h-1 após 72 h de processo. Assim, demostrou-se o potencial da CC para a obtenção de biomoléculas de interesse agroindustrial utilizando ferramentas biotecnológicas. Palavras chave: casca de cacau, pré-tratamento básico, pré-tratamento enzimático, ácido propiônico.

Abstract: Cocoa pod husks (CPH) have been considered a problematic waste in the initial stages of cocoa processing industry. CPHs are removed from cocoa fruit and are discarded, originating a possible outbreak of serious phytosanitary diseases if the disposal is not made properly. Initially, CPH was used as an ingredient in animal feed and as a fertilizer. Nonetheless, in the last years this material arouse the interest of researchers from different areas due to its important content in pectin, its antioxidant capacity, energy potential and its characteristics to produce adsorbent materials or activated carbon. Thus, this wide range of applications makes the CPH an important co-product of cocoa industry. In this work, the viability of biotechnological production of biomolecules, using glucose deriving from cocoa pod husk hydrolysate (CPHH) was tested. Firstly, alkaline (with NaOH 2.3%) and enzymatic pre-treatment using Cellic® CTec 2 (2.4%), were established to obtain glucose from CPH reaching maximal concentrations of 60.5 g·L-1 and obtaining a yield of 305 mg glucose/g CPH. After that, using different techniques, physical and chemical characterization of raw and pretreated CPH was completed to assess the effectiveness of treatment: structural and morphological changes of CPH were examined by Scanning Electronic Microscopy (SEM) verifying that the alkaline-enzymatic treatment promotes the removal of material such as lignin and hemicelluloses, since it is possible to observe the micro-fibrils of the cellulosic portion totally exposed. At the same time, the functional groups by Fourier Transform Infrared (FTIR) were determined. Wide-angle Xray scattering patterns of CPH were obtained in the reflection mode, enabling the determination of the crystallinity index (CrI) before and after treatments. Finally, the thermal stability and properties of the lignocellulosic material and its degradation temperatures were analyzed by thermogravimetric analysis (TG). The hydrolysate was characterized through quantification of its components by HPLC. Subsequently, a basal medium composed by CPHH, as low-cost feedstock, added off glycerol and yeast extract, is proposed to obtain propionic acid using Propionibacterium jensenii DSM 20274 from strains collection of PPGEBB-UFPR. AP concentration in the proposed medium, reached a maximum of 10.28 g·L-1 and a yield of 0.079 g·L-1·h-1 after 72 h of process. Thus, the potential of CPH to obtain biomolecules of agroindustrial interest, was demonstrated through biotechnological tools. Key-words: Cocoa pod husk, basic pretreatment, enzymatic pretreatment, propionic acid.