SweetBiotech: biotechnological processes for xylitol production from corn cob autohydrolysates

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carvalho, Luís Carlos Rocha
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/59237
Resumo: Dissertação de mestrado em Biotecnologia
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spelling SweetBiotech: biotechnological processes for xylitol production from corn cob autohydrolysatesSaccharomyces cerevisiaeXylitolAutohydrolysisCorn cobXilitolAuto-hidróliseCaroço de milhoCiências Agrárias::Biotecnologia Agrária e AlimentarCiências Médicas::Biotecnologia MédicaEngenharia e Tecnologia::Biotecnologia IndustrialEngenharia e Tecnologia::Biotecnologia AmbientalDissertação de mestrado em BiotecnologiaThe transformation of the human diet in the last ten thousand years has led to an increase of the global average energy intake, translating into an upsurge of obesity and diabetes all over the world. One of the major problems with the current diet is the amount of sugars that it has. Efforts have been made to reverse the situation, such as the use of sugar substitutes in food products. These sweeteners can be artificially produced by biotechnology processes or naturally present in plants. Polyols are an example of the latter and xylitol represents a great alternative to sucrose due to having 40 % less calories than sucrose and its metabolism not inducing the release of insulin into the bloodstream. Additionally, the biotechnological production of xylitol may be accomplished with the use renewable lignocellulosic materials, such as agro-industrial residues. Their composition rich in cellulose and hemicellulose offers the possibility to utilize xylose as a precursor of xylitol. In this study, the xylitol production from hydrothermally pretreated corn cob was evaluated and investigated by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process using a recombinant Saccharomyces cerevisiae strain. In terms of pretreatment conditions, 25 % (w/w) of corn cob of solid loading in the autohydrolysis treatment presented the highest xylan recovery in liquid and solid phases. In this condition, the xylan was solubilized in the autohydrolysis liquor as xylose and xylooligosaccharides. Moreover, the enzymatic hydrolysis of whole slurry corn cob achieved a xylose final concentration of 53.8 g/L, showing an efficient conversion of xylooligosaccharides into xylose. SSF process was performed to evaluate and optimize several operational conditions, such as temperature, pre-saccharification, size of inoculum, enzyme loading and percentage of solids, for the production of xylitol. The results revealed that the optimal solid concentration was 6.76 % (w/w) and the enzyme loading was 24 FPU/g of substrate, with a potential production of 46.5 g/L of xylitol and 0.32 g/L/h of productivity. These optimized conditions were carried out to validate the proposed model and this assay produced 42.9 g/L of xylitol and 0.30 g/L/h of productivity, an error of 7.66 % and 6.66% of the theoretical values, which validated the model. Finally, complete detoxification of hydrolysate was carried out to improve xylitol productivity under previous optimized conditions. SSF process using detoxified autohydrolysis liquor and 22 g/L of wet cells resulted in 71.7 g/L of xylitol, 0.60 g/L/h of productivity and practically full conversion of xylose. Overall, in this study, the biotechnological conversion of xylose into xylitol was successful achieved.A transformação da dieta humana nos últimos dez mil anos tem levado ao aumento da ingestão média global de energia, traduzindo-se num incremento da obesidade e diabetes por todo o mundo. Um dos maiores problemas da dieta atual é a quantidade de açúcares que possui. Esforços têm sido feitos para reverter a situação, como o uso de substitutos do açúcar em produtos alimentares. Estes adoçantes podem ser produzidos artificialmente por processos biotecnológicos ou naturalmente presentes nas plantas. Os polióis são um exemplo do segundo e o xilitol representa uma alternativa à sacarose devido a ter 40 % menos calorias que esta e ao seu metabolismo não induzir a libertação de insulina. Adicionalmente, a produção biotecnológica de xilitol tem sido atingida com o uso de resíduos agro-industriais, como materiais linhocelulósicos. A sua composição rica em celulose e hemicelulose oferece a possibilidade de utilizar xilose como um percursor do xilitol. Neste estudo, a produção de xilitol a partir de caroço de milho pré-tratrado hidrotermicamente foi avaliada e investigada por sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) usando uma estirpe recombinante de Saccharomyces cerevisiae. Em termos de condições do pré-tratamento, 25 % (p/p) de caroço de milho durante a auto-hidrólise apresentou a maior recuperação de xilano nas fases líquidas e sólidas. Nesta condição o xilano foi solubilizado no licor da auto-hidrólise como xilose e xilo-oligossacáridos. Ainda, a hidrólise enzimática das duas frações atingiu uma concentração final de xilose de 53.8 g/L, mostrando uma eficiente conversão dos xilo-oligossacáridos em xilose. Um processo de SSF foi realizado para avaliar e otimizar várias condições operacionais, como a temperatura, a pré-sacarificação, a concentração do inóculo, de enzima e de sólidos, para a produção de xilitol. Os resultados revelaram que a concentração de sólido ótima foi 6.76 % (p/p) e de enzima foi 24 FPU/g de substrato, com uma produção potencial de 46.5 g/L de xilitol e 0.32 g/L/h de produtividade. Estas condições foram realizadas para validar o modelo proposto e este ensaio produziu 42.9 g/L de xilitol e 0.30 g/L/h de produtividade, um erro de 7.66 % e 6.66 % dos valores teóricos, o que valida o modelo. Finalmente, a destoxificação completa do hidrolisado foi feita para melhorar a produtividade de xilitol sob condições previamente otimizadas. Um processo de SSF usando licor destoxificado e com 22 g/L de massa fresca de células resultou em 71.7 g/L de xilitol, 0.60 g/L/h de produtividade e com praticamente conversão completa da xilose. De forma geral, neste estudo, a conversão biotecnológica de xilose em xilitol foi atingida com sucesso.Romani, Aloia PerezDomingues, LucíliaUniversidade do MinhoCarvalho, Luís Carlos Rocha20182018-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/59237eng202168476info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:54:11Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/59237Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:53:44.306396Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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