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| Etapas utilizadas no branqueamento da polpa de celulose a partir de cavacos (material triturado) de eucalipto; as legendas de cada amostra descrevem as etapas do processo industrial ou os principais reagentes utilizados (imagem: Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli/FFCLRP-USP) |
Xilanase pode ser obtida cultivando o microrganismo em bagaço de cana ou farelo de trigo; solução é alternativa não poluente no branqueamento de polpa de celulose, que emprega um produto químico tóxico
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 (23/01547-5 e 18/07522-6),
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/.
Agência FAPESP
https://agencia.fapesp.br/enzima-produzida-por-fungo-pode-substituir-produtos-quimicos-na-industria-de-papel/57686
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