Desenvolvimento de bioprocesso e bioprodutos para valorização da vinhaça de arroz (Oryza sativa L.)

Abstract

Resumo: Considerando as proteínas do arroz (Oryza sativa L.) e seus extratos hidrolisados como moléculas de interesse comercial com possibilidade de integrar vários bioprocessos em distintos segmentos industriais, o presente trabalho objetivou obter produtos com potencial biotecnológico a partir do hidrolisado de vinhaça do álcool de arroz, avaliando o potencial bioestimulante, atuação como extrato base para meios de cultura de Azospirillum brasilense e Desmodesmus subispicatus, e também como bioestimulante rico em fitormônios oriundos de prévia fermentação do hidrolisado com A. brasilense, além do potencial antioxidante. Para a obtenção dos hidrolisados, foi desenvolvido, em parceria com a Bio4 Soluções Biotecnológicas, um processo de imobilização enzimática inovador e de baixo custo, utilizando um suporte lignocelulósico de tecnologia própria, no qual enzimas livres e em combinação foram adsorvidas no material e aprisionadas com quitosana 1%. Este processo de imobilização garantiu eficácia na manutenção da atividade enzimática entre 53-78%. Após processo de imobilização de proteases, a vinhaça de arroz foi submetida a processos de digestão enzimática, seguido por associação ou fermentação com A. brasilense, gerando os bioprodutos HV (hidrolisado de vinhaça de arroz) HVF (hidrolisado de vinhaça de arroz fermentado com A. brasilense), e HVI (hidrolisado de vinhaça de arroz em associação com A. brasilense). Resultados dos bioensaios com sementes de milho (Zea mays L.) mostraram que HV (2,5% v/v) obteve resultados superiores aos obtidos para o controle positivo, quanto ao comprimento, volume e diâmetro das raízes. Resultados dos bioensaios com plantas de alface (Lactuca sativa) mostraram ganho expressivos em área foliar, peso seco e enraizamento com aplicação de HVI (1 e 2,5% v/v), HVF (1:4 e 1:8) e HV (5% v/v), respectivamente. Avaliação dos meios de cultura formulados para o cultivo de A. brasilense, mostraram que meio contendo HV (20% v/v; lac-50 mM) obteve resultados significativamente melhores que o controle positivo. Quantificação de fitormônios por HPLC-MS demonstraram que a utilização dos meios HV10 (B|C) e HV40 (B|C) estimularam a produção de ácido indolacético, zeatina e zeatina ribosídeo pelo micro-organismo. Formulação de meio de cultura para cultivo da microalga D. subspicatus mostraram que meio contendo HV (20% v/v) estimulou a produção de biomassa microalgal, obtendo resultados superiores aos apresentados com o meio sintético CHU. Avaliação da inibição dos radicais livres, pelo método de DPPH, mostraram que os hidrolisados de vinhaça obtidos com as enzimas HP e 7089 apresentam potencial antioxidante superior ao controle positivo BHT. Testes de detecção da presença de quebras de fita única (SSB) de DNA (teste do cometa) mostraram que os hidrolisados de vinhaça obtidos com a enzima P100000, gerou resultado acima do controle neutro, demonstrando assim capacidade de neutralização de radicais livres. Todos os resultados em conjunto 112

Abstract: Considering rice (Oryza sativa L.) proteins and their hydrolyzed extracts as molecules of commercial interest with the possibility of integrating various bioprocesses in different industrial segments, the present work aimed to obtain products with biotechnological potential from the hydrolysate of rice alcohol vinasse, evaluating the biostimulant potential, its role as a base extract for culture media of Azospirillum brasilense and Desmodesmus subispicatus, as well as a biostimulant rich in phytohormones derived from previous fermentation of the hydrolysate with A. brasilense, in addition to its antioxidant potential. To obtain the hydrolysates, an innovative and low-cost enzymatic immobilization process was developed in partnership with Bio4 Soluções Biotecnológicas, using a proprietary lignocellulosic support, in which free and combined enzymes were adsorbed on the material and entrapped with 1% chitosan. This immobilization process ensured effectiveness in maintaining enzymatic activity between 53–78%. After protease immobilization, rice vinasse was subjected to enzymatic digestion processes, followed by association or fermentation with A. brasilense, generating the bioproducts HV (rice vinasse hydrolysate), HVF (rice vinasse hydrolysate fermented with A. brasilense), and HVI (rice vinasse hydrolysate associated with A. brasilense). Results from bioassays with maize (Zea mays L.) seeds showed that HV (2.5% v/v) obtained superior results compared to the positive control, regarding root length, volume, and diameter. Bioassays with lettuce (Lactuca sativa) plants showed significant gains in leaf area, dry weight, and rooting with the application of HVI (1 and 2.5% v/v), HVF (1:4 and 1:8), and HV (5% v/v), respectively. Evaluation of culture media formulated for the cultivation of A. brasilense showed that medium containing HV (20% v/v; lac-50 mM) obtained significantly better results than the positive control. Quantification of phytohormones by HPLC-MS demonstrated that the use of HV10 (B|C) and HV40 (B|C) media stimulated the production of indoleacetic acid, zeatin, and zeatin riboside by the microorganism. Formulation of culture medium for the cultivation of the microalga D. subspicatus showed that medium containing HV (20% v/v) stimulated the production of microalgal biomass, obtaining superior results compared to the synthetic CHU medium. Evaluation of free radical inhibition by the DPPH method showed that vinasse hydrolysates obtained with HP and 7089 enzymes have antioxidant potential superior to the positive control BHT. Tests detecting the presence of single-strand DNA breaks (SSB) (comet assay) showed that vinasse hydrolysates obtained with the P100000 enzyme generated results above the neutral control, thus demonstrating the ability to neutralize free radicals. All results together demonstrate the biotechnological application potential of rice vinasse hydrolysates, being a promising source for the production of biostimulant products, antioxidants, and as culture medium