Bioconversão de hidrolisado hemicelulósico de Pinus taeda, obtido pelo processo de explosão a vapor, na produção de ácido L(+) lático pelo fungo Rizopus oryzae

Abstract

Resumo: Materiais lignocelulósicos, tais como madeira e resíduos de agricultura constituem- se em um substrato perfeito para conversões biológicas, já que são virtualmente inesgotáveis, pois são produzidos por processos fotossintéticos. Ocorre que os açúcares fermentescíveis não estão acessíveis à maioria dos microrganismos, e sim polimerizados, na celulose e hemicelulose, além de protegidos por uma barreira de lignina. O processo de explosão a vapor é uma alternativa para separar as frações, celulose, hemicelulose e lignina que formam a estrutura dos materiais lignocelulósicos e deixá-los viáveis ao ataque microbiológico. Neste trabalho, investigou-se a fermentação de hidrolisados hemicelulósico de Pinus taeda, Eucalyptus viminallis e Mimosa scabrella (bracatinga), que é a fração líquida proveniente do tratamento de cavacos de madeira pelo processo de explosão a vapor. Várias cepas de Rhizopus foram testadas com os três hidrolisados com concentrações de açúcar redutor de 56,55 g/L, 56,50 g/L e 57,50 g/L, respectivamente e avaliados os metabólitos produzidos em fermentação submersa. A cepa Rhizopus oryzae 395, mostrou- se boa produtora de ácido lático, fermentando o hidrolisado de P. taeda, produzindo 12 g/L neste estudo. Na seqüência, através de planificações experimentais, foram testados outros níveis de concentração de substrato, níveis de agitação, relação C/N, relação C/P e quantidade de agente neutralizante adicionado ao frasco de fermentação. Concentrações de substrato altas, em tomo de 90 g/L inibiram o crescimento do fungo, sendo que a melhor produtividade de ácido lático foi conseguida com concentração de 86 g/L e relação C/N de 40 g atom/g atom. A relação C/P não mostrou influencia nos teores de ácido lático produzido. As melhores produtividades foram encontradas com nível de agitação de 230 rpm, e adição de 2 g de CaCCV frasco de fermentação. A cinética do processo foi realizada com concentração de substrato de 75 g/L, e feita para o hidrolisado obtido em 205 e 210 °C, com a finalidade de comparação. O hidrolisado obtido à temperatura mais alta mostrou-se mais tóxico ao crescimento microbiano e menos propício à produção do ácido lático, confirmando os dados da literatura, que relatam a produção de compostos tóxicos provenientes da degradação da hemicelulose e da lignina, proporcional à drasticidade das condições de pré-tratamento

Abstract: Lignocellulosic materiais, such as wood and agricultural wastes are a perfect substrate for biological conversions, because they are virtually inexhaustible, produced by photosynthetic process. The fermentable sugars are not available to the great part of the microorganisms. They are polymerized as cellulose, hemicellulose, and protected by lignin. The steam explosion process is an altemative to separate these fractions: cellulose, hemicellulose and lignin, that are the base of the lignocellulosic materiais. The steam explosion process makes them available for the microorganisms action. In this study, the fermentation was done with the lignocellulosic hidrolysates of Pinus taeda, Eucalyptus viminallis and Mimosa scabrella (bracatinga), which are the liquid fraction from the treatment of wood chips at the steam explosion process. Some Rhizopus strains were tested for the three hidrolysates, with a content of 56.55 g/L, 56,50 g/L and 57,5 g/L in reducing sugar, respectively and evaluated the metabolites produced at the submerged fermentation. The strain Rhizopus oryzae 395, appeared to be a good producer of lactic acid, converting the P. taeda hidrolysate, which produced 12 g/L, of this acid. After this, using the experimental design other leveis of substrate content, agitation, C/N ralio, C/P ratio and amount of calcium carbonate added per fermentation flask were tested. High contents of substrate, around 90 g/L inhibited the mold growth, and the best productivity of lactic acid was reached with the following conditions: substrate content of 86 g/L, C/N ratio of 40 g atom/g atom, agitation levei of 230 rpm and the amount of calcium carbonate added to the fermentation flasks of 2 g/flask. The C/P ratio did not affect the lactic acid production. In order to compare, the process kinetic study was done with the substrate content of 75 g/L, for the hidrolysates obtained at 205 and 210 °C. The hidrolysate obtained at 210 °C was more toxic to the mold growth, confirming the review data, which says that, the more drastic conditions used at the steam explosion process, the more toxic is the hidrolysate