A bio-produção ecológica de xilitol e nanofibras de celulose usando células de levedura modificadas, de material produzido pela indústria de papel foi obtido por uma equipe de pesquisa japonesa. Essa descoberta pode contribuir para o desenvolvimento de uma sociedade mais verde e sustentável. Os resultados foram publicados em 4 de março, no Química verde .

A pesquisa foi realizada por um grupo liderado pelo Professor Assistente Gregory Guirimand-Tanaka, Professor Tomohisa Hasunuma e Professor Akihiko Kondo da Escola de Graduação em Ciências, Tecnologia e Inovação e o Centro de Pesquisa em Biologia de Engenharia da Universidade de Kobe.

Em seu esforço para desenvolver processos inovadores para alcançar uma sociedade sustentável, O professor Kondo se concentrou em uma variedade de compostos biológicos, como o xilitol, um produto químico altamente valioso, que é amplamente utilizado nas indústrias alimentícia e farmacêutica (por exemplo, como um substituto do açúcar em gomas de mascar).

O grupo do professor Kondo também está interessado em nanomateriais inovadores, como nanofibras de celulose, que apresentam grande potencial econômico devido às propriedades da nanocelulose (propriedades mecânicas, propriedades de formação de filme, viscosidade etc.), e aplicações significativas em alimentos, higiene, absorvente, médico, produtos cosméticos e farmacêuticos.

A demanda mundial por xilitol e nanofibras de celulose está crescendo constantemente, e o custo e o impacto ambiental de sua produção industrial permanecem muito elevados.

A produção industrial de xilitol e nanofibras de celulose a partir de D-xilose purificada e fibras de celulose, respectivamente, envolve processos caros e poluentes. Para resolver esses problemas e realizar uma sociedade sustentável e com consciência ambiental, devemos aproveitar biomassa renovável como a pasta de papel (celulose Kraft) e desenvolver processos inovadores.

Produção biotecnológica de xilitol e nanofibras de celulose a partir de polpa Kraft, proveniente da indústria de papel, poderia ser uma opção vantajosa, como este material é abundante, contém quantidades razoáveis ​​(17%) de D-xilose, e podem ser convertidos em compostos e nanomateriais de commodities altamente valiosos.

Para liberar a D-xilose contida na polpa Kraft, geralmente precisamos adicionar uma grande quantidade de enzimas comerciais (CE), que são muito caros. Portanto, decidimos usar microorganismos como a levedura modificada, que é capaz de produzir essas enzimas por si só, a fim de reduzir a quantidade de CE inicialmente necessária. As células de levedura modificadas desenvolvidas carregam essas enzimas diretamente em sua própria superfície celular, e chamamos essa estratégia de tecnologia de "exibição de superfície celular".

Neste estudo, Nanofibras de xilitol e celulose foram co-produzidas a partir de polpa Kraft usando uma cepa modificada de fermento de padeiro (cepa Saccharomyces cerevisiaeYPH499) expressando três enzimas diferentes (β-D-glucosidase (BGL), xilosidase (XYL) e xilanase (XYN)) co-exibidas na superfície celular.

Usando essa estratégia, não fomos apenas capazes de produzir xilitol e nanofibras de celulose, mas também para aumentar consideravelmente a pureza da própria celulose e a eficiência de custo do processo, reduzindo a quantidade de CE inicialmente necessária (figura 1).

Por último mas não menos importante, nossa equipe conseguiu realizar com sucesso esses experimentos em volumes maiores usando fermentadores de jarra de 2 litros, permitindo-nos aumentar ainda mais a produção industrial de biorrefinaria de xilitol e nanofibras de celulose a partir de polpa Kraft (figura 2).

Com base nessas descobertas, a equipe continuará procurando maneiras de aumentar a bio-produção sustentável de xilitol e nanofibras de celulose por meio da engenharia genética de células de levedura.