Bioprocessamento de pentoses do licor de cozimento ao sulfito ácido

Abstract

A indústria de pasta para papel produz uma série de sub-produtos, nomeadamente o licor de cozimento da madeira ao sulfito ácido. Este licor é constituído essencialmente por lenhossulfonatos e açúcares que resultam da da degradação das hemiceluloses, nomeadamente pentoses. A xilose é a pentose predominante. O licor pode ser utilizado como substrato na obtenção de produtos de valor acrescentado por processos biotecnológicos. O objectivo deste trabalho foi estudar a melhor forma de produzir proteína microbiana e xilitol a partir do licor de cozimento ao sulfito ácido. A proteína microbiana pode ser utilizada em rações para animais e na alimentação humana diminuindo assim o fosso que existe a nível mundial entre a oferta e a procura de alimento. O xilitol é um poliol com elevado interesse para as indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética. Foram efectuados diferentes ensaios fermentativos em batch para obtenção de proteína microbiana com o fungo Paecilomyces variotii e as leveduras Kluyveromyces fragilis e Candida utilis em meio de extracto de malte (ME) e em meio definido para leveduras (YM), com diferentes concentrações de licor. Os resultados indicaram que o fungo tem uma grande capacidade de metabolizar as fontes de carbono disponíveis no licor para o seu crescimento celular e evidencia igualmente uma elevada tolerância aos inibidores presentes. As leveduras demonstraram rendimentos muito inferiores na produção de biomassa sendo fortemente inibidas em meio com 80% de licor. A biomassa fúngica foi analisada e os resultados mostraram que possui um teor proteico de 67-70% e que o teor de ácidos nucleicos ronda os 17%. Um dos problemas que afecta a eficiência do processo de conversão de xilose a xilitol é o elevado número de compostos presentes no licor ao sulfito ácido que inibem a fermentação por parte das leveduras. Para evitar este problema utilizaram-se resinas de permuta iónica para separar a fracção de açúcares do licor. Sendo o xilitol um produto de elevado valor acrescentado o procedimento é justificado apesar dos custos. A solução de açúcares obtida não apresentava vestígios de ácido acético e grande parte dos lenhossulfonatos tinham sido removidos. A Debaryomyces hansenii foi a levedura escolhida para converter xilose em xilitol. Utilizou-se um planeamento factorial 23 para definir a melhor constituição do meio. O rendimento máximo obtido foi de 63%, sendo as concentrações óptimas do meio: 30 g/L de xilose, 1g/L de extracto de levedura e, metade da concentração referenciada, no caso dos sais. Foi realizada uma última fermentação com estes compostos na solução de açúcares mas serão necessários ensaios futuros para a obtenção de melhores resultados.

ABSTRACT: The Hardwood Spent Sulfite Liquor (HSSL) is the waste by-product of the pulp and paper industries that produce bleached pulps by acidic sulphite pulping of Eucalyptus globulus wood. After the pulping, HSSL is burned for energy recovering. HSSL contains essentially sulphonated lignin (lignosulphonates) and sugars from degraded hemicelluloses, mainly pentoses. Xylose is the main pentose present. HSSL can be used as a substrate for different bioconvertion products with market value. The aim of this work was to study the best way to produce single cell protein (SCP) and xylitol from HSSL. There are different applications for Single Cell Protein such as human food and animal feed that contribute for the reduction of the gap in demand and supply of food in the world. Xylitol is a sugar polyalcohol of great interest for food, odontological and medical-pharmaceutical industries. Different batch fermentations for SCP production were carried out with Paecilomyces variotii, Kluyveromyces fragilis and Candida utilis on both Malt Extract Medium (ME) and Yeast Medium (YM), with different concentrations of sulphite liquor. The results indicate that the fungus has a huge capacity to metabolize the HSSL available carbon sources for cell growth and exhibit high tolerance to the present inhibitors. Yeasts showed much lower yields on biomass production being strongly inhibited at 80% liquor medium. Fungus biomass analysis was performed and a protein content of 67 – 70% and a nucleic acid content of 17% were presented. A common problem associated with the efficient conversion of xylose to xylitol is that HSSL contains a broad range of compounds which inhibit yeast fermenting bioprocesses, ion exchange resins to separate a sugars fraction, were used to avoid this problem. Being xylitol a high value market product this procedure was justified besides the cost. The obtained sugar solution was free from acetic acid and a big fraction of lignosulphonates. Debaryomyces hansenii was chosen to convert xylose to xylitol. Batch fermentation experiments were carried out to define synthetic medium components. The results showed that glucose at low concentrations, an hexose that D. hansenii preferentially assimilate, is essential to start cell growth and xylose to xylitol conversion. A 23 factorial design combined with response surface methodology was used to define the medium best constitution. The optimum attained product yield was 63% and the optimum concentrations of xylose, yeast extract, and salts solution were 30g/L, 1g/L and half of referenced concentration, respectively. One last assay with these components on the sugar fraction was performed but further experiments should be done to obtain better results.