Produção biotecnológica de xilitol a partir da fração hemicelulósica da fibra de sisal

Sisal is a typical plant of the northeast, being resistant to dry climates. Brazil is the largest producer and exporter of the fiber, with 50% of world production. Sisal is a potential feedstock for the production of xylitol due to its lignocellulosic composition containing high sugar content. This study aimed to evaluate the potential of the hemicellulose fraction of sisal fiber for production of xylitol, in addition to determining the lignocellulosic composition, the most appropriate pretreatment to remove xylose and optimum conditions for fermentation. The pretreatments were carried out in stainless steel reactor for 1 hour 1:10 (w/v) sisal fiber/acidic or basic solution. The sisal fibers showed better lignocellulosic composition for xylitol production other biomasses currently used, for example, bagasse from sugar cane, corn stover, due to exhibit a greater amount of hemicellulose, about 10% more, and lower lignin content. The pretreatment acid, dilute sulfuric acid, xylose removal was more effective under conditions of higher acid content (2,5%) and temperature (120 ºC). In alkaline pretreatment it was observed that there was no removal of the hemicellulose fraction, since the treatment basic/acid solubilization xylose was inferior to the single acid treatment. The effectiveness of the pretreatment acid was confirmed by ray-x diffraction, scanning electron microscopy, Thermogravimetric and Infrared. In the XRD patterns was observed an increase in the crystallinity of the treated sample due to the removal of amorphous components (hemicellulose) in TG curves second mass loss phase characterized depolymerization of hemicellulose with a reduction of 20% of the material between fiber in nature and treated. In the micrographs that found after pretreatment with acid the outer layer of the fibers was removed, and cleaving the more complex structure existed before making visible the cellulosic fibrillar structure. In the best condition was observed hydrolyzate liquor produced in large scale and this was fermented using yeast Candida guilliermondii CCT 1516. At 96 hours there was the maximum production of xylitol, 3,14 g/L, but liquor from the fiber sisal showed levels of acetic acid (5,86 g/L) above those permitted. The conversion factor xylose to xylitol, which when production was maximum, was 0,32 g/g xylose and xylitol in conversion efficiency was 35%. In the fermentation process it was observed that the acetic acid has interacted with the microorganism so as to reduce xylose to xylitol conversion. Therefore, the sisal fiber showed satisfactory performance even in conditions where fermentation would be disadvantaged, producing xylitol.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO sisal é uma planta típica da região nordeste, sendo resistente a climas secos. O Brasil é o maior produtor e exportador mundial da fibra, com 50% da produção mundial. O sisal é uma matéria-prima potencial para produção de xilitol devido sua composição lignocelulósica, que contém elevado teor de açúcares. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial da fração hemicelulósica da fibra do sisal para produção de xilitol, além de determinar a composição lignocelulósica, o pré-tratamento mais adequado para remoção de xilose e as condições ideais para a fermentação. Os pré-tratamentos foram realizados em reator de aço inoxidável durante 1 hora na proporção de 1:10 (m/v) fibra de sisal/solução ácida ou básica. A fibra de sisal apresentou melhor composição lignocelulósica para produção de xilitol do que outras biomassas empregadas atualmente, como, por exemplo, o bagaço da cana de açúcar e a palha de milho, devido apresentar um maior valor de hemicelulose, cerca de 10% a mais, e menor teor de lignina. No pré-tratamento ácido, com ácido sulfúrico diluído, a remoção de xilose foi mais eficiente nas condições de maior teor de ácido (2,5%) e temperatura (120 ºC). No pré-tratamento alcalino observou-se que não houve remoção da fração hemicelulósica, já o tratamento básico/ácido a solubilização de xilose apresentou resultados inferiores ao tratamento ácido individual. A eficácia do pré-tratamento ácido foi confirmada através de Difração de raios-X, Microscopia eletrônica de varredura, Termogravimetria e Infravermelho. Nos difratogramas foi observado um aumento na cristalinidade da amostra tratada devido a remoção de componentes amorfos (hemicelulose), nas curvas TG a segunda etapa de perda de massa caracterizou a despolimerização da hemicelulose com redução de 20% desse material entre a fibra in natura e a tratada. Nas micrografias verificou-se que após o pré-tratamento com ácido a camada mais externa das fibras foi removida, além de clivar a estrutura mais complexa antes existente, tornando visível a estrutura fibrilar celulósica. Na melhor condição observada foi produzido o licor hidrolisado em grande escala e este foi fermentado utilizando a levedura Candida guilliermondii CCT 1516. No tempo de 96 horas verificou-se a produção máxima de xilitol, 3,14 g/L, porém o licor proveniente da fibra de sisal apresentou níveis de ácido acético (5,86 g/L) acima do permitido. O fator de conversão xilose em xilitol, no momento onde a produção foi máxima, foi 0,32 g/g e eficiência de conversão de xilose em xilitol foi de 35%. No processo fermentativo observou-se que o ácido acético interagiu com o microrganismo de forma a diminuir a conversão de xilose em xilitol. Portanto, a fibra de sisal apresentou rendimento satisfatório, mesmo em condições onde a fermentação seria desfavorecida, produzindo xilitol