Potencial do Trichoderma deliquescens J-7 para produção de celulases e hemicelulases destinada a sacarificação e branqueamento da polpa Kraft

Abstract

A biotecnologia pode contribuir para tornar os processos industriais mais competitivos e sustentáveis. No processamento convencional da cana de açúcar, cerca de 50% do bagaço poderá ser utilizado como matéria prima para a produção do etanol de segunda geração, após a redução dos custos do processo, que atualmente inviabilizam o processo. No branqueamento da polpa Kraft, o emprego de enzimas leva à redução de resíduos tóxicos. Neste trabalho o isolado Trichoderma deliquescens J-7 foi avaliado quanto ao seu potencial para produção de enzimas lignocelulolíticas visando suas aplicações em processos biotecnológicos, mais precisamente, processos de sacarificação do bagaço de cana de açúcar e no branqueamento da polpa Kraft de eucalipto. O fungo foi cultivado em meio líquido contendo diferentes fontes de carbono e nitrogênio e, após sete dias de cultivo, os extratos produzidos foram coletados e analisados. A palha de milho foi a melhor opção para produção de celulases embora uma maior produção de β-glicosidase tenha sido observada para o cultivo com palha de cana. Testes estatísticos com delineamentos fatoriais foram então utilizados para avaliar o efeito das concentrações dos componentes do meio afim de se otimizar a produção das enzimas, sendo otimizada a produção de xilanase (784 U/mL). Contudo não foi possível ajustar um modelo para a atividade CMCase. As enzimas foram mais ativas entre 50 °C e 65 °C e no pH 4,5 a 5,5. O tempo de meia vida a 50 °C das celulases foi de aproximadamente 32 horas e da xilanase de 66 minutos a 60 °C. Na aplicação das enzimas foi observado um menor rendimento na conversão de glicose na sacarificação da biomassa comparando o extrato do T. deliquescens com o extrato comercial Multifect® CL. Entretanto o rendimento na conversão de xilana foi aproximadamente 4 vezes maior. Quando aplicada no branqueamento da polpa, a xilanase produzida pelo fungo possibilitou a uma redução de 14% da utilização de dióxido de cloro além de maiores níveis de alvura da polpa. Estes dados nos mostraram o grande potencial da utilização dos extratos enzimáticos produzidos pelo isolado J-7 de T. deliquescens nos processos estudados.

Biotechnology can help to make industrial processes more competitive and sustainable. In conventional processing of sugar cane, about 50% of the bagasse could be used as raw material for the production of second generation ethanol after reduction of process costs. In Kraft pulp bleaching, biotechnology with the use of enzymes leads to a reduction of toxic wastes. The Trichoderma deliquescens J-7 strain was evaluated for its potential to produce lignocellulolytic enzymes aiming their applications in biotechnological processes, more precisely, in saccharification of sugar cane bagasse and bleaching of eucalyptus kraft pulp. The fungus was grown in liquid medium with different sources of carbon and nitrogen and after seven days of growth, produced extracts were collected and analyzed. Corn husk proved to be the best option for production of cellulases while increased production of β- glucosidase was observed when using sugar cane straw. Statistical factorial designs were used to evaluate the concentrations of the medium components in order to optimize the production of enzymes, being optimized to produce xylanase (784 U/mL). However it was not possible to fit a model to CMCase activity. The enzymes are most active between 50 °C and 65 °C, pH 4.5 to 5.5. The half-life for cellulases at 50 °C was approximately 32 hours and for xylanase 66 minutes at 60 °C. In application of enzymes was observed lower yield on glucose conversion in the saccharification of biomass comparing T. deliquescens extract and the commercial extract Multifect® CL. However, the yield of xylan conversion was about 4 times higher. When applied in pulp bleaching, a GH11 xylanase produced by the fungus led to a 14% reduction in the use of chlorine dioxide as well as higher levels of pulp brightness. These data have shown us the great potential of the use of enzymatic extracts produced by the straiw J-7 of T. deliquescens in studied processes.