Análise da produção simultânea de etanol e xilitol por leveduras do intestino da lagarta Spodoptera frugiperda

Abstract

Para transpor dificuldades que ainda existem nas biorrefinarias quanto à sacarificação de compostos lignocelulósicos e rendimento na produção de bioprodutos derivados de pentoses, este estudo explorou o potencial biotecnológico de leveduras encontradas no intestino de larvas de Spodoptera frugiperda para a produção simultânea de etanol e xilitol em biorrefinarias de segunda geração (2G). Foram isoladas 46 cepas de leveduras com capacidade de crescimento em meios contendo xilose, das quais 14 foram capazes de hidrolisar celulose e 3 apresentaram atividade xilanolítica. Duas cepas, Papiliotrema laurentii CHAP-158 e Meyerozyma caribbica CHAP-204, destacaram-se por apresentar alto rendimento e produtividade de biomassa celular em diferentes condições de cultivo, sendo que M. caribbica também apresentou alta produtividade de etanol e xilitol em meios que simulam as condições observadas em biorrefinarias 2G e P. laurentii apresentou maior atividade xilanolítica. Utilizando um um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) variando pH e concentração de açúcar, foi possível determinar a condição otimizada (uma faixa de concentração de açúcar de 55-85 g/L e entre valores de pH de 6,0 a 8,5) para a produção simultânea de etanol e xilitol. Avaliou-se também o potencial das leveduras P. laurentii e M. caribbica, consorciadas e separadamente, para produzir etanol e xilitol a partir de meios contendo carboximetilcelulose (CMC) e xilana. Os dados obtidos em consórcio demonstraram que, enquanto a P. laurentii hidrolizava a xilana, a M. caribbica produzia xilitol a partir da xilose.

Abstract: To overcome the remaining challenges in lignocellulosic compound saccharification and pentose-derived bioproduct production efficiency in biorefineries, this study explored the biotechnological potential of yeasts found in the gut of Spodoptera frugiperda larvae for the simultaneous production of ethanol and xylitol in second-generation (2G) biorefineries. Forty-six yeast strains capable of growing in xylose-containing media were isolated, of which 14 were able to hydrolyze cellulose and 3 exhibited xylanolytic activity. Two strains, Papiliotrema laurentii CHAP-158 and Meyerozyma caribbica CHAP-204, stood out for their high yield and productivity of cell biomass under different cultivation conditions. M. caribbica also demonstrated high productivity of ethanol and xylitol under conditions simulating those found in 2G biorefineries, while P. laurentii showed greater xylanolytic activity. Using a Central Composite Rotatable Design (CCRD) with pH and sugar concentration as variables, the optimized condition (a sugar concentration range of 55-85 g/L and pH values between 6.0 and 8.5) for simultaneous ethanol and xylitol production was determined. The potential of P. laurentii and M. caribbica, both individually and in a consortium, to produce ethanol and xylitol from carboxymethylcellulose (CMC) and xylancontaining media was also evaluated. The data obtained in consortium showed that, while P. laurentii provided xylan hydrolysis, M. caribbica produced xylitol from xylose.