Caracterização de diferentes variedades de mandioca como substrato para prospecção de etanol de segunda geração

Abstract

Fibras alimentares têm sido vastamente exploradas não somente em estudos referentes a formulações de alimentos funcionais e cosmetologia, mas também em trabalhos envolvendo técnicas de biotecnologia, principalmente no que se refere à prospecção de novos substratos lignocelulósicos para a produção de bens com valor comercial agregado, tais como o bioetanol. Nesse sentido, o presente estudo tem como objetivo a análise do teor de polissacarídeos e conteúdo lignocelulósico das paredes celulares vegetais (caule, folha e raiz) de oito variedades de mandioca, dentre elas quatro variedades comerciais, além de quatro híbridos. Todo o material foi analisado quantitativa e qualitativamente acerca dos teores de polissacarídeos solúveis e estruturais, por meio análises de HPAEC (Cromatografia de Troca Aniônica de Alto Desempenho). A compreensão da estrutura química dos polímeros investigados tem por finalidade o entendimento sobre a composição das fibras presentes nas plantas. Os materiais analisados, incluindo raízes, folhas e caules, que apresentaram maior teor de fibras foram avaliados quanto ao seu uso como substratos alternativos para a indução de enzimas microbianas, que pudessem ser de interesse ao incremento de processos enzimáticos para a liberação do conteúdo de açúcares fermentáveis a partir de resíduos ricos em fibras lignocelulósicas, viabilizando a produção de bioetanol. Assim, 173 actinomicetos isolados da caatinga foram triados por nosso grupo de pesquisas, quanto às suas habilidades ligninocelulolíticas, incluindo análises das atividades de lacases (Lac), manganês peroxidases (MnP) e lignina peroxidases (LiP). Nesse sentido, o actinomiceto denominado como Streptomyces sp. AC 159 foi selecionado quanto às suas múltiplas habilidades ligninocelulolíticas. O extrato enzimático obtido a partir do AC159, foi avaliado sobre biomassa vegetal lignocelulósica (caule, raiz e folhas de mandioca), monitorando-se os perfis de biotransformação dos monômeros de lignina e celulose por análises de espectrometria de massa. Os resultados obtidos permitiram concluir que se obteve um microrganismo que pode ser considerado como ferramenta biocatalítica em potencial como modelo de expressão heteróloga para inoculação direta, ou obtenção de enzimas que possam vir a incrementar os processos atuais de produção de bioetanol celulósico.

Food fibers have been extensively explored not only in studies concerning functional food formulations and cosmetology, but also in works involving biotechnology techniques, especially in the exploration of new lignocellulosic substrates for the production of goods with aggregated commercial value, such as such as bioethanol. In this sense, the present study has the objective of analyzing the polysaccharide content and lignocellulosic content of the plant cell walls (stem, leaf and root) of eight varieties of cassava, among them four commercial varieties, as well as four hybrids. All the material was analyzed quantitatively and qualitatively about the contents of soluble and structural polysaccharides, through HPAEC (High Performance Anion-Exchange Chromatography) analyzes. The understanding of the chemical structure of the polymers investigated has the purpose of understanding the composition of the fibers present in the plants. The analyzed materials, including roots, leaves and stems, that presented higherfiber content were evaluated as to their use as alternative substrates for the induction of microbial enzymes, which could be of interest to the increment of enzymatic processes for the liberation of the sugar content fermentable from residues rich in lignocellulosic fibers, making possible the production of bioethanol. Thus, 173 actinomycetes isolated from the caatinga were screened by our research group about their ligninocellulolytic abilities, including laccase activities (Lac), manganese peroxidases (MnP) and lignin peroxidases (LiP). In this sense, the actinomycete referred to as Streptomyces sp. AC 159 was selected for its multiple ligninocellulolytic abilities. The enzymatic extract obtained from AC159 was evaluated on lignocellulosic plant biomass (stem, root and cassava leaves), and the biotransformation profiles of lignin and cellulose monomers were monitored by MALDI-TOF analyzes. The results obtained allowed us to conclude that a microorganism was obtained that could be considered as a potential biocatalytic tool as a heterologous expression model for direct inoculation, or obtaining enzymes that could increase the current processes of cellulosic bioethanol production.