BR102018005222A2 - Bioprocesso de produção de arabitol a partir do sisal - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a um processo para a produção de arabitol a partir da biomassa lignocelulósica de sisal por via biotecnológica elaborado a partir da fermentação do licor hidrolisado do sisal por meio de leveduras do gênero candida e debaryomyces. as soluções podem ser hidrolisadas ou parcialmente hidrolisadas antes da fermentação. após a fermentação, as células de levedura podem ser separadas, por diversos processos, por exemplo, centrifugação seguida de filtração por membrana, ultrafiltração, nanofiltração ou microfiltração. a solução de arabitol recuperada pode ser cristalizada para fornecer cristais de arabitol puro. o produto apresenta-se como fonte de açúcares de baixo valor calórico e com propriedades edulcorantes de interesse industrial. este composto pode fornecer propriedades adoçantes e anticariogênicas, auxiliando na prevenção de cáries, além de ser indicado às pessoas portadoras de diabetes.

Description

“BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL” [001] A presente invenção se refere a um processo biotecnológico de produção de arabitol a partir da biomassa lignocelulósica do sisal. O produto obtido apresenta-se como fonte de açúcares de baixo valor calórico e com propriedades edulcorantes de interesse industrial, tanto para indústrias alimentícias, farmacêuticas e cosméticas, além de fornecer efeitos benéficos para a saúde do consumidor.

[002] O arabitol apresenta doçura semelhante à sacarose, é incolor, cristalino e solúvel em água, juntamente com outros pentitóis, é usado nas indústrias de alimentos e terapêutica humana com um baixo teor calórico (0,2 kcal/g). O arabitol e um poliálcool que possui propriedades anticariogênica, com o benefício adicional de não sustentar o crescimento de bactérias orais, além de ser um adoçante indicado para diabéticos, pois não há necessidade do organismo produzir grandes quantidades de insulina para controlar os níveis de açúcar, devido à sua absorção lenta ou à falta de absorção pelo aparelho digestivo humano. Esses açúcares são capazes de reduzir significativamente o tecido adiposo no organismo e evitar a deposição de gordura no trato digestivo. Os álcoois de açúcar podem ser utilizados como edulcorantes naturais que proporcionam aos consumidores melhor qualidade de vida.

[003] Da produção mundial de polióis, também conhecidos como edulcorantes, 42% são utilizados em processamento de alimentos. Dentre os edulcorantes encontram-se o xilitol, sorbitol, ribitol, manitol que possuem poder adoçante similar ao da sacarose. São açúcares suaves ao paladar, com sabor doce, refrescante e agradável. O sorbitol além de fornecer doçura, é excelente umectante e agente de texturização.

[004] O processo de obtenção convencional de polióis (químico) ainda apresenta altos valores de produção e como alternativa tem-se evidenciado a produção biotecnologica que utiliza microrganismos na geração de bioprodutos a partir dos hidrolisados da fração hemicelulósica das biomassas vegetais.

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2/5 [005] O objetivo da presente invenção se refere a um processo de obtenção de arabitol por via biotecnológica elaborado a partir da fermentação do licor hidrolisado do sisal por meio de leveduras do gênero Candida e Debaryomyces. O licor hidrolisado será constituído de monossacarídeos como arabinose da biomassa separada pode ser reduzida a arabitol. O arabitol, também conhecido como arabinitol, é um açúcar álcool que pertence a família do pentitol, assim como o xilitol e o ribitol.

[006] O documento PI 00028622 refere-se à produção de Xilitol por microrganismo pertencendo ao gênero Metschnikowia, em meio contendo um sacarídeo como fonte de carbono principal sob uma condição aeróbica para produzir D-arabitol no meio, inocular um microrganismo tendo capacidade de produzir D-xilulose a partir do D-arabitol, cultivar o mesmo para produzir D-xilulose no meio, então permitir que um microrganismo tendo capacidade de converter D-xilulose em xilitol, e coletar o xilitol produzido. Essa rota de produção utiliza microrganismos diferentes, além de não utilizar biomassa de sisal como fonte de carbono (pentoses).

[007] A patente US 6268190 B1, refere-se a um método de produção de arabitol por fermentação contínua, utilizando açúcares como substratos e microrganismos produtores de arabitol, suplementando cada etapa de fermentação, de tal maneira que parte do açúcar introduzido na fermentação do meio é consumido pelos referidos microrganismos, mantendo o volume constante na primeira área de fermentação, adicionando açúcar, a produção de arabitol continua na segunda área de fermentação de modo a consumir o açúcar residual do primeiro meio de fermentação de forma constante. O meio de fermentação é separado (fração concentrada em microrganismos e outra fração solúvel). Esta fração solúvel, rica em arabitol, é coletada. A invenção mencionada utiliza a levedura Hansenula, porém não Debaryomyces hansenii e Candida guilliermondii.

[008] O documento WO 2012011962A2, refere-se a métodos para a produção de arabitol a partir de uma mistura que inclui uma fonte de carbono tal como glicerol, glicose e xilose presente no hidrolisado. O método inclui uma concretização utilizando sequências de levedura selecionadas do gênero Debaryomyces, Metschnikowia e Geotrichum. Numa concretização benéfica, o subproduto biodisel glicerol é utilizado como substrato para a produção de arabitol.

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3/5 [009] A invenção CN 101691543 descreve um método para produção de D-arabitol utilizando uma cepa bacteriana de Candida fermentado no meio de cultura líquido obtido de sementes contendo extratos de glicose.

[010] O documento CN 104342377 intitulada ^Zygosaccharomyces rouxii strain for producing D-arabitol and application thereof’ descreve uma estirpe capaz de produzir Darabitol convertendo a D-glucose de substrato, que é simples em processo e capaz de realizar conservação e proteção ambiental, e uma taxa de conversão pode atingir 40%; a tensão tem valor de aplicação prática e é uma excelente tensão de fermento para a produção de D-arabitol.

[011] A invenção US 2014370554 intitulada “Novel mutant L-arabitol dehydrogenase derived from neurospora crassa with enhanced activity” de 18 de dezembro de 2014 descreve método para aumentar a estabilidade e a atividade enzimática de uma L-arabitol desidrogenase derivada de Neurospora crassa utilizando técnicas de mecânica quântica e mecânica molecular e técnicas de mutação parcial.

[012] A invenção CN 104164415 proporciona um método de rastreio de uma estirpe mutante de levedura de alto rendimento de D-arabitol. Ao usar uma estirpe mutante obtida através da realização de mutagênese em Kluyveromyces lactis por meio de uma técnica de implantação de íons N + de baixa energia.

[013] A invenção US 2011165631 revela que o arabinitol desidrogenase é útil na produção de xilitol e etanol a partir de um substrato contendo arabinose. O arabinitol desidrogenase expressa recombinantes e heterólogas úteis na conversão de biomassa em biocombustíveis e outros produtos alimentares industriais.

[014] A presente invenção se refere a um processo de obtenção de arabitol por via biotecnológica elaborado a partir da fermentação do licor hidrolisado do sisal por meio de leveduras do gênero Candida e Debaryomyces. O licor hidrolisado será constituído de monossacarídeos como arabinose da biomassa separada pode ser reduzida a arabitol. O arabitol, também conhecido como arabinitol, é um açúcar álcool que pertence a família do pentitol, assim como o xilitol e o ribitol.

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4/5 [015] A invenção tem o propósito de apresentar o processo de produção biotecnológico de arabitol a partir do hidrolisado de biomassa lignocelulósica de sisal, rica em pentoses.

[016] A invenção poderá ser melhor compreendida através da seguinte descrição detalhada, do processo de produção biotecnológico de arabitol a partir do hidrolisado de biomassa lignocelulósica de sisal, rica em pentoses. A invenção segue o processo correspondente às seguintes etapas: 1 - Lavagem e secagem da biomassa; 2 - Pesagem, adição de solução ácida e homogeneização; 3 - Hidrólise/Pré-tratamento; 4 - Concentração do Licor, se necessário; 5 - Destoxificação, se necessário; 6 - Ajuste dos parâmetros pH; 7

- Centrifugação e/ou filtração; 8 - Fermentação; 9 - Ajuste de pH e remoção das células;10

- Cristalização; 11 - Poliálcool (arabitol) cristalino elaborado a partir do sisal (Agave sisalana).

[017] A FIGURA 1 apresenta o fluxograma das etapas do processo de obtenção do arabitol a partir do sisal [018] Para remoção dos açúcares residuais do tratamento físico sofrido pela biomassa foram realizadas lavagens, seguido da secagem para manutenção da matériaprima (Etapa 1).

[019] Adiciona-se solução ácida a biomassa seca e mistura (Etapa 2). O material é submetido ao pré-tratamento ácido para obtenção do licor rico em pentoses (Etapa 3). Esse licor pode ser concentrado, se necessário, para aglomeração dos açúcares no processo, cerca de 10 a 50 g/L (Etapa 4).

[020] Na presença de inibidores da fermentação, faz-se necessário sua destoxificação, remoção de possíveis compostos tóxicos com a utilização de carvão ativado, bentonita ou a própria lignina do material que servem como adsorventes (Etapa 5). Em sequência o pH deve ser ajustado para melhor condição de fermentação e produção celular, na faixa de 4,5 a 6,0 (Etapa 6), retirando partículas suspensas por centrifugação e/ou filtração do material (Etapa 7).

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5/5 [021] Os parâmetros de fermentação (Etapa 8), anaeróbica facultativa, devem ser controlados para a obtenção dos poliálcool (arabitol) a temperatura de cultivo (20 - 40 °C), concentração da levedura favorável (1-20 g/L), período de fermentação (48-240 horas), agitação (100-250 rpm) e suplementação mineral do meio. A solução pode ser colocada tanto em fracos de agitação quanto em biorreatores.

[022] Se utilizado fracos de agitação, faz-se necessário ajustar o pH ao final do processo, tendo em vista que o pH final apresenta-se em valor inferior a 2. As células de leveduras podem ser separadas por centrifugação seguida de filtração por membrana, ultrafiltração, nanofiltração ou microfiltração (Etapa 9).

[023] O processo pode incluir ainda a hidrogenação da fração produtora de arabitol para produzir arabitol hidrogenado. A fração de arabitol hidrogenado pode ser cristalizado por diferentes métodos, como por exemplo, cristalização por refrigeração, por evaporação ou combinação de ambos métodos (Etapas 10 e 11).

[024] O arabitol cristalino pode ainda ser purificado para aumentar o grau de pureza do produto obtido.

Claims (11)

REIVINDICAÇÕES

1) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL” via biotecnológica, elaborado a partir da fermentação do licor hidrolisado do sisal por meio de leveduras do gênero Candida e Debaryomyces caracterizado por seguir as seguintes etapas:

a) Lavagem e secagem da biomassa;

b) Pesagem, adição de solução ácida e homogeneização;

c) Hidrólise/Pré-tratamento;

d) Concentração do Licor, se necessário;

e) Destoxificação, se necessário;

f) Ajuste dos parâmetros do pH;

g) Centrifugação e/ou filtração;

h) Fermentação;

i) Ajuste do pH e remoção das células de leveduras após a fermentação;

j) Cristalização;

k) Poliálcool (arabitol) cristalino elaborado a partir do sisal (Agave sisalana).

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2) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das etapas “a” e “b” terem a finalidade de preparar a biomassa para o pré-tratamento, adicionada de solução ácida, seguida de homogeneização para melhor extração dos açúcares.

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3) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo pré-tratamento, etapa “c”, ocorrer em torno de 1 hora para a obtenção de substrato rico em pentoses, fonte de carbono e nitrogênio essenciais para fermentação biotecnológica, além de fazer uso de reator com controlador térmico.

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4) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado pelo licor ter concentração entre 10 a 50 g/L, na etapa “d”, para a aglomeração dos açúcares no processo.

5) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado pela possibilidade de remoção de compostos tóxicos contidos no licor por meio de um sub processo de desintoxicação na etapa “e”.

6) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com as reivindicações 1, 4 e 5, caracterizado pelo pH ser ajustado para melhor condição de fermentação e produção celular, na faixa de 4,5 a 6,0, na etapa “f”.

7) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo recolhimento apenas do sobrenadante na etapa “g”, após a centrifugação e/ou filtração.

8) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com as reivindicações 1 e 7, caracterizado pelo processo de fermentação ocorrer a uma faixa de temperatura entre 20 a 40°C, com concentração de levedura entre 1 a 20 g/L, e período de fermentação entre 48 a 240 horas com agitação variando entre 100 a 250 rpm, devendo ocorrer controle da suplementação mineral do meio para favorecer a produção de arabitol.

09) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela cristalização da fração de arabitol hidrogenado elaborado a partir do sisal (Agave sisalana), etapas “j” e “k”, poder ocorrer pelos seguintes métodos: refrigeração, evaporação ou uma combinação de ambos.

10) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo poliálcool arabitol cristalino, a partir do sisal (Agave sisalana), ser componente alternativo aos adoçantes naturais ou sintéticos, já descritos e conhecidos no estado da técnica, para a composição de formulações nutricionais, farmacêuticas, alimentícias e cosméticas para administração local ou uso oral.

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11) “BIOPROCESSO DE PRODUÇÃO DE ARABITOL A PARTIR DO SISAL”, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo poliálcool arabitol cristalino, a partir do sisal (Agave sisalana), ser um edulcorante com propriedades anticariogênicas, capaz de auxiliar na prevenção de cáries, além de ser indicado às pessoas portadoras de diabetes.