Desenvolvimento de processo não-convencional para produção de celulases por Aspergillus niger em biorreator pneumático na presença de bagaço de cana-de-açúcar

No Brasil, o bagaço de cana-de-açúcar se destaca como sendo uma fonte de material lignocelulósico abundante e disponível nas usinas sucroalcooleiras, além de possuir características estruturais que o classificam como bom indutor para produção de celulases por microrganismos. Sendo o bagaço de cana um material promissor tanto como indutor das celulases quanto como substrato na cadeia de produção do etanol de 2a geração, o desenvolvimento de processos de fermentação inovadores para a produção de celulases em escala industrial é necessário a fim de viabilizar a hidrólise enzimática deste material. Para esta finalidade, a proposta deste trabalho foi o desenvolvimento de um processo não-convencional para produção de celulases utilizando uma cepa de Aspergillus niger. O processo consistiu na proposta de utilização do bagaço de cana como substrato para a produção de um inóculo com etapa inicial em fermentação no estado sólido (FES), além de sua utilização como indutor para a síntese de celulases por fermentação submersa (FS) na presença de sólidos, operando-se sistemas trifásicos. Para tal, avaliou-se em cultivos em frascos agitados o efeito da fonte de carbono utilizada, glicose (10 g.L-1 e 20 g.L-1) e lactose (10 g.L-1), e o tipo de preparo de inóculo (convencional ou inóculo com etapa inicial em FES). A maior produção de endoglucanase (CMCase) obtida em frascos agitados foi de 105234 U.L-1, obtida após 72 h nos cultivos preparados com o inóculo com fase inicial no estado sólido e em meios suplementados com 10 g.L-1 de glicose. Tais resultados foram validados em biorreator pneumático de 5,0 L, em diferentes valores de pH (5,0 e 6,0). Os melhores resultados de produtividades obtidos foram de 5713 U.L-1.h-1 de endoglucanase, 32717 U.L-1.h-1 de xilanase e 101 U.L-1.h-1 de celulases totais (FPase) em cultivos com pH 5,0 e inóculo nãoconvencional. Pode-se afirmar que a produção de celulases na presença de bagaço de cana de alta granulometria (1 a 2 mm) em biorreator pneumático do tipo coluna de bolhas é uma alternativa viável e promissora e que o inóculo não-convencional proposto como objeto de estudo, com etapa inicial em FES, foi superior ao inóculo convencional, uma vez que quando aplicado em sistemas fermentativos resultou na obtenção de produtividade enzimática de endoglucanase cerca de 3 vezes superior. Pode-se afirmar ainda que valores de pH que favoreçam a síntese de celulases em vez de proteases podem resultar em ganhos significativos de produtividade volumétrica.In Brazil, sugarcane bagasse stands out as an abundant and available source of lignocellulosic material in sugar mills. It has structural features that make it a possible inducer for cellulase production by microorganisms. Since sugarcane bagasse is a promising material both as an inducer of cellulases and as a feedstock for second generation ethanol, the development of innovative fermentation processes for the production of cellulases in industrial scale is necessary in order increase the viability of the enzymatic hydrolysis of this material. In this way, the purpose of this study was the development of an unconventional process for cellulase production using an Aspergillus niger strain. The process has the purpose of sugarcane bagasse utilisation as substrate for the production of an inoculum with first step of preparation in solid-state fermentation (SSF), besides its use as an inducer for the synthesis of cellulases by submerged fermentation (SF) in the presence of solids, operating in triphasic systems. With this aim, the effect of carbon source used, glucose (10 g.L-1 and 20 g.L-1) and lactose (10 g.L-1) and the type of inoculum preparation (conventional or inoculum first step in SSF) were evaluated in shaken flasks cultures. The best production of endoglucanase (CMCase) obtained in shaken flasks was 1052 34 IU L-1, after 72 h in cultures and prepared with the inoculum with solid state fermentation as first step with solid medium supplemented with 10 g.L-1 of glucose. These results were validated in a pneumatic bioreactor of 5.0 L at different pH values (5.0 and 6.0). The best results obtained in terms of volumetric productivity were 5713 U.L-1.h-1 of endoglucanase, 32717 UL-1.h-1 of xylanase and 101 UL-1.h-1 of filter paper activity (Fpase) in cultures with pH 5.0 and unconventional inoculum. It can be stated that the production of cellulases in the presence of sugarcane bagasse with large particle size (1 to 2 mm) is a viable and promissing alternative. The unconventional inoculum proposed as the object of study, with first step in SSF, was superior to conventional inoculum, since when applied to fermentation systems resulted in 3-fold superior enzymatic productivity of CMCase. It can be stated either that studies with pH values that favor cellulases syntesis instead of proteases can increase significantly the volumetric productivity