PACKET PROCESSING

A hidrólise enzimática é uma estratégia que não produz as substâncias tóxicas e inibitórias que são geradas pelos processos industriais convencionais, tais como hidrólise química (hidrólise ácida ou alcalina), além de minimizar a inibição da fermentação. A hidrólise enzimática caracteriza-se por ser uma tecnologia limpa, apesar de ser um processo custoso, já que o mesmo utiliza uma grande quantidade de água, de energia térmica e de enzimas (BUCKERIDGE; GOLDMAN, 2011).

A sacarificação é o processo utilizado para a conversão da biomassa lignocelulósica a açúcares fermentescíveis. Durante o processo é utilizada a biomassa pré-tratada e o complexo celulásico em condições adequadas de temperatura e pH. Os processos atuais reportados demonstram um tempo que varia de 48 a 96 horas de hidrólise, e ainda utilizam de grandes cargas enzimáticas para obter uma quantidade suficiente de glicose (SUKUMARAN et al. 2009; XIMENES et al. 2010).

O aumento da biomassa também é capaz de aumentar a liberação dos açúcares para a fermentação, porém aumentos na concentração de biomassa acima de 7 - 10% (p/v) para a sacarificação, ainda são reportadas por decrescerem a taxa de hidrólise e por inibir a hidrólise celulásica em poucas horas, mesmo com o aumento da concentração de celulases (GOTTSCHALK et al. 2010; EVELEIGH et al. 2009). Este tipo de inibição é reportado como diferente da inibição causada por substrato e por produto formado, a causa é descrita como sendo consequência da ligação das celulases à lignina, ou à resistência da biomassa a ser hidrolisada, ou ainda, ao efeito do tamanho das partículas (XIMENES et al. 2010). Assim, a lignina, que não foi totalmente removida das fibras de celulose pelo processo de pré-

tratamento, pode funcionar como um inibidor enzimático, fazendo a adsorção e precipitação das enzimas celulásicas (KIM et al. 2011) (Figura 7).

Figura 7 Hidrólise celulásica da biomassa. (1) Clivagem da celobiose pela β – glicosidase, e inibição da enzima pelo glicose (em vermelho). (2) Clivagem pela celobihidrolase das cadeias cristalinas e inibição da enzima pela celobiose (em vermelho). (3) Hemicelulose e lignina embebidas na matriz celulósica, vestígios do pré - tratamento. (4) Lignina liberada pela hidrólise e inibição das celulases por adsorção.

Completando a degradação da celulose à glicose, a celobiose, dissacarídeo de duas moléculas de glicose e solúvel em água, inibidor de muitas celulases, é hidrolisado em duas moléculas de glicose pela enzima β-glicosidase (celobiase). O nível de atividade da β-glicosidase nas preparações de celulases durante a hidrólise é crítico, não apenas para evitar a inibição das celulases, como também para finalizar a degradação completa da celulose em glicose, extremamente fundamental para a produção do etanol de biomassa (BON et al. 2008; ZHANG et al. 2006). Existem dois tipos de sacarificações enzimáticas: a Hidrólise e Fermentação em Separado (SHF do inglês Separated Hydrolysis and Fermentation), em que a hidrólise ocorre isoladamente da fermentação, e onde pode ocorrer inibição por produto formado; separadamente os carboidratos solúveis são fermentados. E a

Sacarificação e Fermentação Simultâneas (SSF do inglês Simultaneous Saccharification and Fermentation), diferentemente da SHF, a biomassa com as enzimas e a levedura são colocadas em contado para que a fermentação e sacarificação ocorram simultaneamente; neste processo a levedura converte a glicose a etanol, retirando desta maneira a inibição da β-glicosidase por glicose, aumentando a atividade das enzimas celulásicas e a hidrólise. Ainda, outro processo almejado é o CBP (Bioprocesso Consolidado), em que um único microrganismo seria utilizado como catalisador biológico, produzindo as celulases e excretando-as durante a sacarificação e fermentação da biomassa celulósica (Figura 1) (WILSON, 2009). As celulases usadas para estes processos são principalmente comerciais, designadas como “celulases industriais padrões” de T. reesei e A. niger, derivadas de fungos desenvolvidos para a utilização na sacarificação do bagaço de cana-de- açúcar. Embora um considerável esforço seja realizado para aperfeiçoar as propriedades de hidrólise das celulases, os processos e estas enzimas permanecem ineficientes. Visto que a casca de coco possui maior concentração de lignina do que o bagaço da cana-de-açúcar (CORRADINI, 2009; ANDRIÉ et al. 2010; SÁNCHEZ, 2009), espera-se que fungos específicos isolados dos resíduos da casca de coco possuam uma maior atividade celulásica, aumentando assim a hidrólise do substrato. A produção de celulases e a sua utilização em hidrólise de biomassa permanece custosa, assim o isolamento de fungos com alta atividade celulásica poderia resolver este problema. Os estudos realizados para resolver os gargalos não são suficientes, tanto no que tange à produção de enzimas quanto ao que se refere às suas atividades celulásicas para a utilização durante a hidrólise de biomassa. Apesar da existênica do melhoramento de microrganismos, ou de processos com diferentes substratos, ou modificação das enzimas por engenharia de proteínas, novas opções de melhoramento fazem-se necessárias. Outra opção é a utilização da HHP, a qual se destaca como uma ferramenta energeticamente econômica e eficiente. Assim, visto os efeitos já reportados da HHP tanto em polímeros de celulose quanto no aumento da atividade celulásica e na produção de etanol, foi proposto utilizar a HHP para aumentar a hidrólise celulásica de resíduos da casca de coco, utilizando-se tanto de celulases de fungos específicos quanto de celulases comerciais.

2.1 OBJETIVO GERAL

Analisar o efeito da alta pressão hidrostática nas celulases comerciais, nas celulases de isolados fúngicos e no substrato, para fins de aumento da hidrólise dos resíduos da casca de coco. Identificar o envolvimento das β-glicosidases no mecanismo de aumento das atividades celulásicas em condições de alta pressão hidrostática, assim como possíveis sequências polipeptídicas envolvidas neste aumento utilizando bioinformática.