Fotoestimulação de um consórcio bacteriano termo-celulolítico para degradação de celulose e hemicelulose oriundas das fibras de coco verde

Abstract

O agronegócio do coco verde é responsável pela geração de grande quantidade de resíduos. A vasta disponibilidade desses materiais, assim como, sua composição criou a necessidade e a oportunidade de se tornarem uma fonte de matéria-prima para a produção de insumos biotecnológicos de alto valor agregado. O objetivo deste estudo foi potencializar, através de fotobiomodulação, a hidrólise da biomassa lignocelulósica. O consórcio termo-celulolítico foi coletado de uma leira de compostagem em fase ativa (65 a 70 ºC), submetido a estresse nutricional e efetuado o protocolo de irradiação de seis emissões de radiação Laser em baixa potência (λ660 ηm) ou LED (λ632±2 ηm) com intervalos de tempo de 12 hs. A quantificação microbiana foi avaliada, após irradiação, e comprovada resposta biológica significativa estimulatória nos consórcios bacterianos. As culturas irradiadas por LED, obtiveram uma concentração celular superior às irradiadas por Laser, apresentando significância de P < 0,0001 entre os grupos. Procedeu-se à inoculação do consórcio irradiado por fontes de luz distintas em caldo mineral com a biomassa residual pré-tratada (casca de coco verde) por NaOH 5% ou KOH 5% e avaliados os açucares redutores totais (ART), concentração de glicose e xilose, ao longo de 240 hs, assim como, as atividades metabólicas desenvolvidas. A quantificação de ART, indica uma maior concentração nas amostras irradiadas e uma atividade metabólica superior no grupo LED de 143% em relação ao controle, nas primeiras 48 hs de incubação. A concentração de glicose foi maior no grupo irradiado por LED, ao final de 48 hs, apresentando uma atividade metabólica no substrato pré-tratado por NaOH a 5%, de 294,9% superior, quando comparado ao controle, indicativo de maior atividade advinda das reações bioquímicas em cascata desencadeadas pela emissão da radiação. As micrografias das fibras de coco ao final de 240 hs, demonstraram uma ação microbiana mais eficaz nos grupos irradiados. A análise da atividade ligninolítica demonstrou que os emissores de luz Laser e LED aumentaram a proliferação bacteriana, produção proteica e atividade metabólica antecipando e aumentando o catabolismo do corante RBBR. Sendo a viabilidade econômica um fator preponderante na produção industrial, deverá se considerar a fotoestimulação como uma ferramenta impulsionadora dos bioprocessos, direcionando a luz LED como promitente coadjuvada ao baixo custo.

The agribusiness of the green Coconut is responsible for the generation of large quantities of waste. The wide availability of these materials, as well as their composition, leaded to both need and opportunity for it to become a source of raw material to produce biotechnological products of high added value. The aim of this study was to increase, through photostimulation, the hydrolysis of lignocellulosic biomass. The Thermo-Cellulolytic consortium, in the active phase (65 to 70 ºC), was collected from a composting pile, was subjected to nutritional stress and an irradiation protocol of six either Laser (λ660 ηm) or LED (λ632±2 ηm) irradiations were carried out at 12-h intervals. Microbial quantification carried out and showed a significant stimulatory biological response in the bacterial consortia. The cultures irradiated by LED showed a higher significant (p<0.0001) cell count when compared to those irradiated by Laser. The inoculation of the consortium irradiated by distinct light sources in mineral broth was proceeded with the residual biomass (green coconut bark) pretreated either by NaOH 5% or KOH 5% and evaluated the total reducing sugars (TRS), the concentrations of glucose and xylose, over 240-h, metabolic activity was also studied. The quantification of TRS, indicated higher concentration in the irradiated samples and a higher (143%) metabolic activity was observed in the LED group in comparison to the control within the first 48-h of incubation. The glucose concentration was higher in the group irradiated by LED at the end of 48-h, presenting a metabolic activity 294.9 % higher in the substrate pretreated by 5% NaOH when compared to the control. This is indicative of greater biochemical activity triggered by light radiation. The micrographs of the coconut fibers at the end of 240 hs showed a more effective microbial action in the irradiated groups. The analysis of the ligninolytic activity showed that, both Laser and LED light, increased the bacterial proliferation, protein production, metabolic activity as evidenced by an early e increased catabolism of the RBBR dye. As economic viability is a more important factor in industrial production our results prompts as to conclude that LED photostimulation should be considered as a potential tool to optimize bioprocesses at low cost.