Produção enzimática de xilooligossacarídeos com atividade prebiótica in vitro
Authors:   , Almeida Lucas Filipe 
Published: August 2022

Os xilooligossacarídeos (XOS) são ingredientes prebióticos potencialmente valiosos para alimentos e rações que podem ser obtidos a partir de biomassas lignocelulósicas de baixo custo e abundantes. Para a produção de XOS, a hidrólise enzimática é comumente preferida pois não produz subprodutos indesejáveis, nem requer condições especiais de temperatura e pressão. Portanto, diversas técnicas moleculares têm sido desenvolvidas para a obtenção de xilanases com maior eficiência catalítica e características ideais para a produção de XOS. Com isso, as xilanases recombinantes de Orpinomyces sp. PC-2 (SM2), estruturalmente otimizada, e Aspergillus nidulans (AN1818 e AN3613) são potenciais produtoras de XOS a partir da hidrólise de sabugo de milho, farelo de arroz, casca de soja e resíduos de café. O objetivo deste trabalho foi avaliar o perfil de produção de xilooligossacarídeos (XOS) via hidrólise enzimática por três enzimas fúngicas recombinantes e um coquetel comercial, individualmente, e estudar o potencial efeito prebiótico in vitro destes açúcares. Para isso, as biomassas in natura e pré- tratadas com NaOH 1 % foram caracterizadas quanto à sua composição química. Os teores de extrativos, proteínas, lipídios e cinzas foram determinados por técnicas gravimétricas e titulométricas, enquanto lignina e carboidratos por cromatografia de alta eficiência (CLAE) e espectrofotometria. A xilanase SM2 foi expressa em Escherichia coli, enquanto AN1818 e AN3613 em Pichia pastoris e empregadas na sacarificação das biomassas por 72 horas a 50 ºC. Alíquotas foram coletadas para avaliar o perfil de XOS por CLAE. Por fim, os XOS obtidos substituíram as fontes de carbonos em meios de crescimento específicos para Lactobacillus acidophilus, E. coli e Salmonella enterica serovar Typhimurium. As curvas de crescimento microbiano foram obtidas por DO em 600 nm, além da quantificação de ácidos graxos de cadeia curta (AGCC) por CLAE. Entre as biomassas in natura, os resíduos de café e sabugo de milho apresentaram os maiores teores de hemicelulose, 27,85 e 21,37 %, respectivamente. Já o farelo de arroz apresentou o maior teor de lignina, 36,69 %. Após pré-tratamento alcalino, as biomassas apresentaram teor de recuperação entre 46,27 e 64,99 %, com o enriquecimento de carboidratos e a redução de lignina para a posterior etapa de sacarificação. A xilanase SM2 apresentou atividade catalítica, 21853,10 (±106,73) U/mL , e rendimentos de XOS equiparáveis ao coquetel Multifect® XL em todas as biomassas testadas, além de ter sido superior as xilanases de A. nidulans (AN1818 e AN3613 com 14,37 e 20,41 U/mL, respectivamente ) na produção de XOS em cada fonte de carbono. Observou-se que, após 6 h de hidrólise do sabugo de milho, a liberação de XOS totais foram de 6,21 (±0,37) e 7,36 (±0,57) g/L, produzidos pela xilanase SM2 e pelo coquetel comercial, respectivamente. Após hidrólise do farelo de arroz, a xilanase SM2 produziu um perfil mais diversificado de XOS, com xilobiose, xilotriose, xiliopentose e xiloexose, em 48 h de reação. Além disso, o L. acidophilus foi capaz de metabolizar os XOS produzidos e fermentá-los, parâmetro indicado pela liberação de ácidos graxos de cadeia curta, como acético, propiônico e isobutírico. Já os patógenos não tiveram o crescimento favorecido na presença dos XOS como fonte de carbono. Com isso, os oligossacarídeos são fermentescíveis aos probióticos e estimulam o crescimento seletivo de bactérias benéficas. Portanto, os resultados são promissores para um teste in vivo e expandem as aplicações da xilanase SM2. Palavras-chave: Xilanases recombinantes. Xilooligossacarídeos. Prebióticos. Biomassas lignocelulósicas.