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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Produção de xilitol a partir de leveduras isoladas de madeira em decomposição do arquipélago das Ilhas Galápagos (Equador)
Authors: Maria Cristina Guaman Burneo
First Advisor: Carlos Augusto Rosa
First Co-advisor: Silvio S. Silva
First Referee: Silvio S. Silva
Second Referee: Evelyn de Souza Oliveira
Third Referee: Luciano Gomes Fietto
Abstract: O xilitol é um poliálcool de alto valor agregado devido ao poder adoçante semelhante ao da sacarose. Apresenta propriedades anticariogênicas e metabolismo insulina-independente, o que garante sua aplicação nas indústrias alimentícia e farmacêutica. Além disso, o xilitol é utilizado na área clínica, principalmente no tratamento da osteoporose e de doenças respiratórias. A obtenção do xilitol por via biotecnológica utilizando resíduos agroindustriais é uma alternativa sustentável e economicamente viável, comparada com o processo químico tradicionalmente utilizado. Sendo assim, a extração por via biotecnológica se baseia na utilização de micro-organismos e, ou, enzimas que permitam a liberação da D-xilose a partir de hidrolisados hemicelulósicos. Um dos principais materiais lignocelulósicos que geram produtos de valor agregado, como o xilitol, é o bagaço de cana-de-açúcar, matéria-prima disponível em abundância no Brasil e em outros países. A bioconversão da D-xilose nesse poliálcool mediante o emprego de leveduras é possível, uma vez que o xilitol é um produto intermediário da via metabólica da D-xilose. O presente trabalho teve como objetivo a prospecção e a seleção de espécies de leveduras produtoras de xilitol para serem utilizadas em processos fermentativos, empregando hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana -de-açúcar como substrato. Foram testadas 140 leveduras provenientes de 35 amostras de madeira em decomposição coletadas nas ilhas Florena, Santa Cruz e Isabela, pertencentes ao arquipélago das Ilhas Galápagos, Equador. Os meios de cultura utilizados para o isolamento dessas leveduras foram Yeast Nitrogen Base (YNB)-D-xilose, carboximetilcelulose e YNB-xilana. As espécies do gênero Candida (incluindo isolados relacionados aos clados Yamadazyma, Kazachstania, Kurtzmaniella, Lodderomyces/Spathaspora, Metschnikowia e Saturnispora) foram as mais frequentemente isoladas neste estudo. Candida (Lodderomyces/Spathaspora) tropicalis foi identificada como a espécie predominante, seguida por Kazachstania unispora, Candida (Kurtzmaniella) natalensis, Zygowilliopsis californica e Candida sinolaborantium. Em testes de fermentação utilizando meio semi-sintético com D-xilose (50g.L-1), C. tropicalis CLQCA-24SC-125 foi a linhagem com maior produção de xilitol, com fator de rendimento (Yp/s) de 0,67 g.g-1 e produtividade (Qp) de 0,34g.L-1.h-1. Em fermentações com hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar como substrato, essa levedura apresentou também a maior produção de xilitol, com o mesmo fator de rendimento de 0,67 g.g-1 e produtividade de 0,38 g.L -1.h-1. Uma nova espécie de Lindnera, representada pela linhagem CLQCA-24SC-025, foi a segunda com melhores resultados para produção de xilitol em hidrolisado de cana-de-açúcar, com Yp/s de 0,64 g.g -1 e Qp de 0,33 g.L-1.h-1. Em fermentador de 2,4 L, utilizando hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar suplementado, C. tropicalis CLQCA-24SC-125 apresentou os melhores resultados, com produção de 37,2 g.L-1 de xilitol em 96 horas de fermentação, com um Yp/s de 0,83 g.g-1,Qp de 0,39 g.L-1.h-1, eficiência total do 90,9% e Yp/x de 12,53 U.g-1de células. Esse resultado indicou que as condições empregadas de disponibilidade de oxigênio e agitação foram as melhores para essa levedura. Os resultados do presente estudo apontam o potencial biotecnológico das leveduras isoladas a partir de madeira em decomposição do arquipélago de Galápagos para produção de xilitol a partir de cultivos realizados em hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar.
Abstract: Xylitol is a polyol with high added value due to the sweeteness similar to sucrose with anticariogenic properties and insulin metabolism independent that guarantee its application in food and pharmaceutical industries. In addition, it is mainly used in clinic treatment of osteoporoses and respiratory diseases. It is currently produced by chemical catalysis of the xylose from lignocellulosic residues. However, this process needs expensive purification steps to obtain pure xylitol. Alternatively, it can be produced by biotechnological methods, using micro-organisms or enzymes, which allowing the release of D-xylose from hemicellulosic hydrolysates. A major lignocellulosic material that generates value-added products, such as xylitol, is the sugarcane bagasse, raw material available in abundance in Brazil and other countries. Bioconversion of D-xylose in this polyalcohol by the use of yeasts is possible, since the xylitol is an intermediate product of the metabolic pathway of D -xylose. In this context, the present study aimed the screening and selection of yeast species to fermentation processes using sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysates for xylitol production. A total of 140 yeast strains were isolated from 35 rotting wood samples collected in the islands Florena, Santa Cruz and Isabela, belonging to the Galápagos Archipelago, Equador. These samples were cultured in Yeast Nitrogen Base (YNB)-D-xilose, carboxymethyl cellulose and YNB-xylan media. Species of the genus Candida (including isolates related to the clades Yamadazyma, Kazachstania, Kurtzmaniella, Lodderomyces/Spathaspora, Metschnikowia and Saturnispora) were predominant in this study. Candida (Lodderomyces/Spathaspora) tropicalis followed by Kazachstania unispora, Candida (Kurtzmaniella) natalensis, Zygowilliopsis californica and Candida sinolaborantium were the most frequently isolated yeasts. In semi-synthetic fermentation assays using D-xylose (50 g.L-1) culture medium, C. tropicalis CLQCA-24SC-125 show the highest xylitol production yield (Yp/s: 0.67 g.g-1) and a productivity (Qp: 0.34 g.L-1.h-1). Furthermore, in fermentations with sugarcane bagasse hydrolysates as a substrate, this yeast showed the highest production of xylitol with the same yield of 0.67 g.g-1 and a productivity of 0.38 g.L-1.h -1. Whereas, the second species had better results for xylitol production in sugarcane hydrolysates it was a new Lindnera species, represented by strain CLQCA-24SC-025, with Yp/sof 0.64 g.g -1 and Qp 0.33 g.L -1.h-1. In 2.4 L bioreactor using sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysates, C. tropicalis CLQCA-24SC-125 showed the best results, with a production of 37.15 g.L -1 in xylitol in 96 h of fermentation, with an Yp/s of 0.83 g.g -1, Qp of 0.39 g.L -1 .h-1, total efficiency of 90.9% and Yp/x of 12,53 U.g-1 cells. This study demonstrates the biotechnological potential of yeasts isolated from decaying wood of the Galapagos Archipelago for xylitol production using sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysates.
Subject: Microbiologia
Leveduras
Xilitol
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-96WGVF
Issue Date: 26-Feb-2013
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