Produção de lacase para potencial aplicação como oxidante na indústria papeleira

Abstract

A biocatálise enzimática apresenta um grande potencialpara o branqueamento da pasta, como um tratamento alternativo ao convencional.Proporciona importantes benefícios ambientais além de introduzir propriedades únicas às fibras do papel. A chave para o sucesso na aplicação industrial está na identificação de novas enzimas e na pesquisa das condições específicas de trabalho. Para este trabalho escolheu-se o fungo Trametes versicolorconhecido como fungo da podridão branca da madeira, que é capaz de produzir enzimas oxidativas, nomeadamente a enzima lacase. A primeira parte do trabalhoenvolveu a optimização da produção da lacase em matraz e em bioreactor e a modelação matemática dos resultados experimentais obtidos. Para a optimização da produção da lacase em matraz, diferentes indutores foram utilizados: cobre, 2.5-xilidina e uma mistura fenólica. Estudou-se também a situação de limitação de carbono. Para a fermentação em bioreactor fez-se umplaneamento factorial de experiências que consistiu de dois níveis(máximo e mínimo) e três factores: concentração de glucose, agitação e controlo do pHdo meio de cultura. A segunda parte do trabalho envolveu a aplicação da lacaseno branqueamento da pasta kraft para o fabrico de papel. Neste estudo, diferentes tipos de polioxometalatos (POMs) foram testados, juntamente com a lacase, como mediadores da deslenhificação da pasta kraft não branqueada. As condições do branqueamento estudadas foram a temperatura de reacçãoem um único estágio de branqueamento e o branqueamento em estágiosalternados:Este tipo de branqueamento permitiu uma deslenhificaçãosignificativa da pasta de papel com uma redução no índice kappa de cerca de 50% para o POM SiW11MnIII(H2O)O395-, após 5 estágios de branqueamento e,para o SiW11VVO405- após três estágios de branqueamento. Os espectros de UV-Vis e de RMN mostraram que estes dois POMs se mantiveram estáveisdurante o processo de branqueamento da pasta de papel. Para além de produzir a lacase, o fungo T. versicolor também é conhecido como produtor de exopolissacarídeos (EPSs). A terceira parte deste trabalho constituiu na produção e optimização de um EPS. A optimização da produção do EPS foi feita através da selecção de cinco diferentes meios de cultura e doplaneamento factorial de experiências 22 com ponto central com o meio seleccionado. As variáveis estudadas no planeamento foram a concentraçãoinicial de glucose e o pH do meio de cultura. A concentração inicial de glucosefoi o principal factor para a optimização da produção do EPS e para ocrescimento celular. Realizaram-se alguns estudos para conhecer a natureza do EPS queenvolveram análise elementar, análise dos iões por ICP, análise estrutural porFTIR, determinação do peso molecular por GPC, análise termogravimétrica,análise dos açúcares neutros e dos ácidos hexourónicos.

Enzymatic biocatalyst has a significant potential for improving pulp biobleaching as an alternative treatment to conventional. It allows for the development of environmentally benign processes and may introduce unique properties into the paper fibre. The challenge for the success on the industrial application is the identification of new enzymes and the development ofspecific and optimized working conditions. On this work the fungus Trametes versicolor, known as white rot fungus, which produces oxidative enzymes namely laccase was used. The first part ofthe work addressesthe optimization of laccase production in Erlenmeyer andbioreactor and the mathematical modelling of the experimental results. To optimise the laccase production in Erlenmeyer different inducers were tested:copper, 2.5-xylidine and a phenolic mixture. The situation of carbon limitationwas also studied. For bioreactor fermentation a factorial design with two levels(maximum and minimum) and three factors: initial glucose concentration,agitation and medium pH was used. The second part of the work involved the application of laccase on kraftpulp biobleaching. In this study different polyoxometalates (POMs) were tested, with laccase, as mediators on kraft pulp bleaching. The conditions of bleachingwere reaction temperature of the single bleaching stage and the multi-stage bleaching. The alternative treatment in a multi-stage process allowed a sustainable eucalypt kraft pulp delignification with more than 50% of kappa number reduction to POM SiW11MnIII(H2O)O395-, after five stages of bleaching, and to the POM o SiW11VVO405-after three stages of bleaching. The UV/VIS spectrum and RMN showed that these two POMs maintain stable during the biobleaching process of pulp paper. In addition to the production of laccase the fungus T. versicoloris also known as exopolysaccharides (EPSs) producer. The third part of this workdeals with the optimization of the EPS production. This was optimized by a selection of five culture media and by a 22factorial design with a central point of selected medium. The factors of factorial design were initial glucoseconcentration and initial media pH. The initial glucose concentration was found to be the most important factor in EPS production and also in cell growth. Some studies were carried in order to characterize the EPS usingelementary analysis, ions analysis by ICP, structural analysis by FTIR, analysis of molecular weight by GPC, thermal gravimetric analysis, neutral sugars and hexouronic acids.