Produção de vanilina por bactérias cultivadas em hidrolisados de bagaço de cana-de-açúcar pré tratados com ozonólise.

Abstract

A cultura de cana-de-açúcar para produção de açúcar e álcool é a maior geradora de resíduos agrícolas do Brasil. A principal dificuldade no uso dos resíduos lignocelulósicos em biotecnologia é a complexidade de suas estruturas havendo necessidade de tratamentos específicos para a desconstrução dessa organização estrutural, sendo a lignina o composto responsável pela maior parte da resistência à degradação química e biológica da fibra do bagaço. Os tratamentos químicos, como a hidrólise ácida ou alcalina, são os mais utilizados pela indústria, porém, a de pré-tratamentos aumentam a eficiência da hidrólise. Entre os agentes oxidantes químicos, o ozônio é o que possui maior reatividade sobre as substâncias com grupos funcionais com alta densidade eletrônica, incluindo aqui as ligações de alcenos, tais como aquelas amplamente presentes em lignina, tendo como vantagens a bioconversão efetiva da lignina em seus compostos derivados; não produção de resíduos tóxicos e o fato de que as reações podem ser realizadas à temperatura e pressão ambiente. O presente trabalho visou testar a ozonólise como mecanismo de pré-tratamento do material lignocelulósico de modo a empregá-lo, por meio da biotransformação mediada por microrganismos, na produção de vanilina, substância de grande interesse comercial com aplicação nas industrias alimentícia, farmacológica e química. Verificamos que o tratamento foi eficiente e que seus compostos derivados conseguiram ser convertidos em vanilina através do metabolismo bacteriano. A produção por Micrococcus luteus chegou a 145 mg/L às 10 horas de cultivo com compostos derivados do tratamento hidrotérmico, demonstrando um grande potencial de se obter compostos de importância econômica, como vanilina e acetovanilona, a partir de bagaço de cana hidrolisado usando cultivo microbiano. Além disso, outras substâncias foram geradas a partir do pré tratamento de ozônio, como o ácido ferúlico (52 mg/L) e ácido cumárico (149 mg/L), que podem ser utilizadas tanto como produtos finais, quanto como precursoras na produção de outros compostos na indústria.

The cultivation of sugarcane for the production of sugar and alcohol is the largest generator of agricultural waste in Brazil. The main difficulty in the use of lignocellulosic residues in biotechnology is the complexity of their structures, requiring specific treatments to deconstruct this structural organization, with lignin being the compound responsible for most of the resistance to chemical and biological degradation of bagasse fiber. Chemical treatments, such as acid or alkaline hydrolysis, are the most used by the industry, however, pre-treatments increase the hydrolysis efficiency. Among the chemical oxidizing agents, ozone is the one with the highest reactivity on substances with functional groups with high electron density, including here the alkene bonds, such as those widely present in lignin, with the advantages of effective bioconversion of lignin into its compounds. derivative compounds; no production of toxic residues and the fact that the reactions can be carried out at ambient temperature and pressure. The present work aimed to test ozonolysis as a pre-treatment mechanism of lignocellulosic material in order to use it, through biotransformation mediated by microorganisms, in the production of vanillin, a substance of great commercial interest with application in the food, pharmacological and chemical industries. We verified that the treatment was efficient and that its derivative compounds were able to be converted into vanillin through bacterial metabolism. The production by Micrococcus luteus reached 145 mg/L at 10 hours of cultivation with compounds derived from the hydrothermal treatment, demonstrating a great potential to obtain compounds of economic importance, such as vanillin and acetovanilone, from hydrolyzed sugarcane bagasse using microbial culture. In addition, other substances were generated from the ozone pretreatment, such as ferulic acid (52 mg/L) and coumaric acid (149 mg/L), which can be used both as final products and as precursors in the production of other compounds in the industry.