Estabelecimento de processo produtivo de ácido xilônico por linhagens recombinantes de Komagataella phaffii

Abstract

O ácido xilônico (AX) é um composto orgânico com aplicações promissoras nas indústrias farmacêutica, química e têxtil. Ele pode ser produzido a partir da oxidação da xilose, presente na fração hemicelulósica dos materiais lignocelulósicos, pela ação da enzima xilose desidrogenase (XDH). A levedura Komagataella phaffii tem sido amplamente utilizada na produção de compostos químicos de interesse industrial. Previamente, linhagens recombinantes de K. phaffii capazes de produzir AX foram obtidas pela expressão de genes bacterianos codificadores da XDH. Embora essas linhagens apresentem rendimento g AX/g xilose e produtividade volumétrica em meio sintético, o desempenho em hidrolisado necessita ser melhorado. Este trabalho teve como objetivo estabelecer parâmetros físico-químicos adequados para a produção de AX e aplicá-los em hidrolisado de biomassa de cana-de-açúcar. Para isso, foram avaliados, de forma sequencial e em ensaios independentes, cinco parâmetros: concentração inicial de xilose (20, 40, 80 e 120 g/L), pH (3,5; 4,5; 5,5 e 6,5), concentração inicial de biomassa celular (0,5; 1,5; 3,0; 5,0 e 10,0 g/L), temperatura (26, 28, 30 e 32 ºC) e nível de oxigênio dissolvido (1, 10 e 20%). Os cultivos foram conduzidos em frascos agitados e em biorreatores de bancada, com quantificação de AX e açúcares por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Os resultados indicaram melhor desempenho do processo em 40 g/L de xilose; pH 5,5; temperatura de 30 ºC, biomassa celular inicial de 5,0 g/L e oxigênio dissolvido de 10%. Nessas condições, a partir de experimento em batelada de 24 h, foi obtido 20,12  0,17 g/L de AX, produtividade específica de 0,08  0,01 g/g.h, produtividade volumétrica de 0,84  0,01 g/L.h e rendimento de 0,61  0,01 g AX/g xilose. Com base nesses resultados, os parâmetros estabelecidos em meio sintético foram aplicados em cultivo em batelada alimentada utilizando hidrolisado de biomassa de canade-açúcar, alcançando 5,56  0,35 g/L de AX, produtividade volumétrica de 0,05  0,00 g/L.h e rendimento de 1,02  0,05 g/g. Embora a produtividade e concentração final de AX tenham sido inferiores às reportadas na literatura para a linhagem K. phaffii XDHHL, o rendimento obtido foi superior ao previamente descrito em hidrolisado. Em conclusão, os resultados demonstram que a definição criteriosa de parâmetros físicoquímicos constitui uma base para a aplicação do processo em hidrolisado lignocelulósico, evidenciando o potencial de aprimoramento da produção de AX por K. phaffii.