Caracterização fisiológica e comparação de leveduras Saccharomyces e não-Saccharomyces na presença de diferentes inibidores presentes no hidrolisado lignocelulósico

Abstract

Várias espécies de leveduras tem sido avaliadas para a produção de combustíveis e produtos químicos a partir de açúcares presentes na biomassa lignocelulósica. O hidrolisado lignocelulósico contém açúcares e também compostos que inibem o metabolismo microbiano, como ácidos orgânicos, furaldeídos e compostos fenólicos. Compreender a resposta de leveduras a esses compostos inibitórios é importante para o desenvolvimento de bioprocessos. Nesse contexto, o objetivo geral desse trabalho foi identificar novas linhagens de leveduras capazes de metabolizar xilose e caracterizar a resposta fisiológica de diferentes espécies em termos de tolerância a inibidores presentes em hidrolisados lignocelulósicos. Inicialmente, as linhagens de leveduras JA1 e JA9, previamente isoladas de madeira em decomposição, foram identificadas pela análise de dados de sequência de DNA das regiões D1/D2 e região ITS 5.8S. Em seguida, o potencial de assimilação de xilose e produção de xilitol dessas linhagens foi avaliado em meio contendo xilose, mistura de xilose-glicose e em hidrolisado lignocelulósico. As linhagens foram identificadas como Spathaspora sp. JA1 e Meyerozyma caribbica JA9, e ambas se destacaram pela capacidade de produção de xilitol em meio sintético e em hidrolisado de biomassa de cana de açúcar. De fato, Spathaspora sp. JA1 produziu 22,62 g/L de xilitol, com rendimento de 0,58 g/g em hidrolisado. Em um segundo momento, a tolerância e a resposta

fisiológica de 7 leveduras industriais de Saccharomyces cerevisiae e 7 leveduras não- Saccharomyces em relação a inibidores selecionados de hidrolisados lignocelulósicos foram

avaliadas. Comparou-se o perfil de crescimento das 14 leveduras na presença de três concentrações diferentes de furaldeídos (furfural e 5-hidroximetil-furfural - HMF), ácidos orgânicos (ácido acético e ácido fórmico) e compostos fenólicos (vanilina, seringaldeido, ácidos ferúlico e ácido cumárico). Baseado no perfil de crescimento das leveduras, 7 delas foram selecionadas para análise do perfil fermentativo na presença de ácido acético, HMF e vanilina, os compostos inibidores mais tóxicos nas condições testadas. Candida tropicalis JA2, Meyerozyma caribbica JA9, Wickerhamomyces anomalus 740, S. cerevisiae JP1, B1.1 e G06 foram selecionadas porque se mostraram mais tolerantes aos compostos testados, enquanto Spathaspora sp. JA1 foi selecionada por seu bom desempenho no consumo de xilose e produção de xilitol. Os resultados obtidos mostraram uma resposta dose-dependente das leveduras em relação aos oito inibidores avaliados. Entre as leveduras comparadas, as linhagens de S. cerevisiae apresentaram maior tolerância aos compostos fenólicos e furaldeídos, 3 delas com maior tolerância que as demais. Com relação às leveduras não-Saccharomyces, C. tropicalis JA2 e W. anomalus 740 apareceram como as mais tolerantes, enquanto as cepas de Spathaspora foram as mais sensíveis aos diferentes inibidores. Esses resultados demonstram a importância da caracterização fisiológica de diferentes linhagens e espécies de leveduras Saccharomyces e não-Saccharomyces.