Enzima produzida por fungo pode substituir produtos químicos na indústria de papel
Xilanase pode ser obtida cultivando o microrganismo em bagaço de cana ou farelo de trigo
Um trio de pesquisadoras da Universidade de São Paulo (USP) e da Universidade Estadual Paulista (Unesp) desenvolveu um modo de obter uma enzima, a partir de um fungo cultivado em resíduos agrícolas, que promove o branqueamento da polpa da celulose, processo importante na produção de papel.
O estudo, apoiado pela FAPESP, foi publicado na revista Bio Resources.
O branqueamento da polpa de celulose normalmente utiliza reagentes oxidantes à base de cloro, como o dióxido de cloro. Esses produtos químicos são altamente tóxicos e podem contaminar efluentes e até a atmosfera, liberando gases nocivos à saúde humana.
Entre as vantagens da nova tecnologia, além da produção a partir de resíduos agrícolas, está o fato de que a proteína obtida apresenta estabilidade térmica superior à de muitas enzimas fúngicas descritas na literatura científica, o que amplia suas possibilidades de aplicação na indústria.
“Esta é uma alternativa mais sustentável para a indústria papeleira, que reduz o uso de químicos tóxicos e cujos resultados têm bom potencial de aplicação. Como o Brasil ocupa posição de destaque na produção mundial de celulose de eucalipto, o desenvolvimento de tecnologias de branqueamento mais limpas é especialmente estratégico para o país”, conta Diandra de Andrades, primeira autora do estudo, realizado como parte de pós-doutorado na Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP, com bolsa da FAPESP.
O trabalho integra as atividades do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (INCT Bioetanol) e está relacionado a dois projetos apoiados pela FAPESP, ambos coordenados por Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli, professora da FFCLRP-USP, que também assina o artigo.
A enzima obtida foi a xilanase, que degrada a xilana, uma hemicelulose presente na parede celular de plantas, como o eucalipto, e pode ser usada na produção de papel e celulose. A xilanase facilita a remoção de frações de xilana associadas à lignina residual na polpa após o cozimento da madeira na indústria, contribuindo para o aumento da alvura e para maior eficiência das etapas subsequentes de branqueamento da celulose.
A xilanase foi extraída do Aspergillus caespitosus, um fungo de solo descrito em 1944 nos Estados Unidos e isolado na USP, em 2001, a partir de amostras coletadas no campus de Ribeirão Preto.
As pesquisadoras cultivaram o fungo em dois resíduos agrícolas, bagaço de cana-de-açúcar e farelo de trigo, por meio do método de fermentação em estado sólido. Ambos os substratos se mostraram bastante vantajosos por causa do baixo custo, da facilidade de crescimento fúngico e da alta produção de xilanase.
O aproveitamento de bagaço de cana e farelo de trigo insere o processo no conceito de bioeconomia circular, agregando valor a resíduos agroindustriais abundantes no Brasil.
“O bagaço de cana se tornou mais eficiente quando fizemos um pré-tratamento com hidróxido de sódio [soda cáustica], que separa a celulose da hemicelulose e da lignina, facilitando a penetração do fungo nas fibras. O farelo de trigo, por sua vez, não demandou pré-tratamento por ter boa disponibilidade de carbono, a principal fonte de energia do fungo”, explica Polizeli.
A pesquisadora ressalta, no entanto, que um fator importante a ser levado em conta na escolha do substrato é a disponibilidade local, uma vez que esta pode implicar aumento de custo. Em regiões com alta produção de açúcar e etanol, como o interior do Estado de São Paulo, o bagaço da cana seria o substrato mais indicado, mesmo considerando a necessidade de pré-tratamento. Em regiões produtoras de trigo, como o Estado do Rio Grande do Sul, o farelo de trigo seria mais indicado.
Processo
O branqueamento da polpa não pode ser realizado por completo com enzimas fúngicas porque requer altas temperaturas, que as enzimas não suportam. No entanto, ao longo dos anos, o grupo liderado por Polizeli demonstrou que a enzima do Aspergillus caespitosus tolera temperaturas em torno de 60 °C, quando muitos fungos não vão muito além de 40 °C.
“À medida que avança o processo de branqueamento na fábrica, as temperaturas vão sendo reduzidas. Com isso, nossa enzima pode ser utilizada nas últimas etapas do processo, em que a temperatura é próxima de 60 °C, atuando como um passo complementar ao branqueamento químico convencional e reduzindo a necessidade de dióxido de cloro e, consequentemente, a carga química do processo”, conta Polizeli.
Agora, o grupo busca formas de imobilizar a enzima em algum suporte químico, para que ela possa ser reutilizada mais vezes e até mesmo suportar temperaturas mais altas.
Uma aposta promissora são as nanopartículas magnéticas combinadas à nanocelulose, que poderiam servir, inclusive, para enzimas utilizadas em outras indústrias, como na produção de bioetanol. Os resultados reforçam o potencial da biodiversidade brasileira como fonte de biotecnologias sustentáveis com aplicação industrial.
O artigo Agro-residue valorization for thermostable xylanase production by Aspergillus caespitosus and its eco-friendly application in pulp biobleaching pode ser lido em: bioresources.cnr.ncsu.edu/resources/agro-residue-valorization-for-thermostable-xylanase-production-by-aspergillus-caespitosus-and-its-eco-friendly-application-in-pulp-biobleaching/.
Matéria: André Julião | Agência Fapesp.