Pré-tratamento fosfórico de fitobiomassa residual e bioconversao de pentoses

Abstract

Resumo: Dentro da crescente estratégia de processamento químico e biotecnológico para a fitobiomassa, é postulada uma tecnologia inovadora para a conversão de resíduos lignohemicelulósicos da atividade agrícola e florestal: o pré-tratamento com ACIDO FOSFORICO DILUÍDO mediante pressão e aquecimento. A aplicabilidade desta nova metodologia a modelos lignopolissacarídicos diferenciados, como os de vegetais angiospérmicos (gramíneas = bagaço de cana e sorgo; leguminosas = bracatinga) e gimnospérmicos (coníferas = Pinus), foi comprovada em função de: A) Seletividade da ação hidrolítica catalisada pelo ácido fosfórico, cujo alvo exclusivo é a fração hemicelulósica. Na hidrólise total, a composição de açúcares livres obtidos reflete aquela nativa de cada modelo de fitobiomassa: 1. D-xilose>> L-arabinose >/ Ácido aldobiurônico para o caso das Angiospermas, ficando os substituintes ácidos concentrados em blocos dissacarídicos, em função da ordem de resistência à hidrólise ácida: Ácido urônico>> D-xilose > L-arabinose. 2. D-manose>/ D-xilose > D-galactose > D-glucose > L-arabinose no caso das Gimnospermas, advindo a D-glucose de heteromananas. B) Paralelamente, há recuperação da lignocelulose, mas sob forma alterada em relação àquela nativa, facilitando uma etapa acessória de celulólise enzimática produtiva, com vistas à obtenção de D-glucose. C) Comparativamente às hidrólises ou pré-tratamentos clássicos (clorídrico ou sulfúrico), menor efeito destrutivo das pentoses é observado com o pré-tratamento fosfórico, como medido pela coprodução de furfural. D) Diferentemente dos agentes hidrolíticos acima mencionados, que requerem eliminação prévia na etapa posterior de fermentação do hidrolisado, o ácido fosfórico, mediante simples neutralização com amónia, pode integrar diretamente o mosto a ser fermentado, satisfeita que fica, a exigência de componentes mínimos para a fermentação: fonte de carbono (pentoses e hexoses), fonte de fósforo e nitrogênio (fosfato de amónio, resultante da neutralização). E) A suplementação dos hidrolisados fosfóricos neutralizados me diante quantidades limitadas de sais de Vogel, sustenta o crescimento de cepas de leveduras contemporaneamente recomendadas para a bioconversão de pentoses, tais como: Pachysolen tannophilus, Candida shehatae e Pichia stipitis, obtendo-se satisfatória conversão dos açúcares livres a biomassa ou proteína microbiana. Tais hidrolisados, após tratamentos clarificadores, para a pequena porcentagem de co-produtos gerados na hidrólise (furfural, fragmentos fenólicos), podem ser fermentados pelas leveduras até etanol, atingindo a conversão de até 0,30g/g de pentose consumida, quando hidrolisado de cana, tratado com o a gente clarificador que se mostrou mais eficiente, o carvão ativo, foi fermentado pela levedura Candida shehatae 1. O reforço da fonte nitrogenada com extrato de levedura (0,1g%) melhora a habilidade fermentativa das três leveduras, embora se tenha logrado crescimento de Pachysolen tannophilus e produção de etanol, mesmo ao uso de hidrolisado fosfórico de Pinus, simplesmente neutralizado. Como a bioconversão de pentoses a por extensão da fração hemicelulósica de fitobiomassa agro-florestal, é um desafio tecnológico próprio da década de 80 e em vista de obstáculos, tais como a catabolização do etanol formado, qualidade da biomassa microbiana, co-geração de princípios inibitórios, ainda persistirem como desafios abertos ate para a comunidade científica internacionalmente mais especializada, cujo maior desenvolvimento experimental se faz ao uso de D-xilose p.a., o aprofundamento das bases ora estabelecidas para o pré-tratamento fosfórico, surge como alternativa válida.