Nova rota biotecnológica possibilita obter produtos químicos finos de resíduos agrícolas

Elton Alisson  |  Pesquisa para Inovação – A biomassa de resíduos agrícolas, como o bagaço da cana-de-açúcar, pode ser utilizada como matéria-prima para dar origem a produtos químicos finos. Para isso, porém, é preciso desenvolver tecnologias competitivas em comparação com os processos empregados hoje pela indústria petroquímica para obter esses compostos de alto valor para aplicações especializadas.

Um grupo de pesquisadores do Brasil e do Reino Unido conseguiu avançar nessa direção ao desenvolver uma nova rota biotecnológica simplificada para transformar tanto o bagaço da cana como a palha de trigo em produtos químicos finos. Os compostos têm aplicações nas indústrias alimentícias, de cosméticos e farmacêuticas, entre outras. Os pesquisadores, agora, buscam parceiros interessados na viabilização e no desenvolvimento comercial da tecnologia.

O novo processo, desenvolvido durante um projeto apoiado pela FAPESP no âmbito do Programa Pesquisa em Bionergia (BIOEN), foi descrito em um artigo publicado na revista Green Chemistry.

O trabalho teve a participação de pesquisadores das universidades de Sorocaba (Uniso) e Estadual de Campinas (Unicamp), do lado do Brasil, e das universidades de Manchester e de Warwick, ambas do Reino Unido.

“Conseguimos desenvolver uma rota biocatalítica por meio da qual é possível produzir coniferol e outros aldeídos e ácidos aromáticos diretamente a partir da biomassa de resíduos agrícolas”, disse ao Pesquisa para Inovação Fábio Márcio Squina, professor da Uniso e coordenador do projeto.

Composto cujo valor pode chegar a mais de € 300 por grama, o coniferol é utilizado para sintetizar vários produtos químicos também de custo elevado. Entre eles estão o pinoresinol – um agente hipoglicêmico – e a sesamina, que possui propriedades anti-hipertensivas e contribui para diminuir os níveis de colesterol. Além disso, é um precursor de aromas florais. Por isso, tem potencial para ser usado como material de partida para o desenvolvimento de fragrâncias pela indústria de perfumaria e cosméticos.

Nas indústrias petroquímicas, o coniferol é obtido por meio de processos de síntese química que envolvem rotas complexas ou baseadas no uso de reagentes perigosos. Entre essas substâncias estão o boroidreto de sódio, além de outros produtos tóxicos, metais de transição ou formulações complexas de catalisadores – substâncias que aceleram a velocidade de reações químicas.

A fim de desenvolver um processo mais simples e que elimine o uso de substâncias perigosas e os impactos ambientais, os pesquisadores desenvolveram e aplicaram biocatalisadores diretamente nos resíduos agrícolas. Com isso, conseguiram liberar ácido ferúlico da biomassa lignocelulósica e convertê-lo diretamente em coniferol.

“Por meio de uma cascata de três enzimas catalisadoras desenvolvida nos últimos anos, e que também têm aplicações para produção de biocombustíveis, conseguimos produzir de forma simplificada o coniferol com até 97% de rendimento de conversão”, afirmou Squina.

Combinação de enzimas

Uma das enzimas catalisadoras usadas no novo processo é uma feruloil esterase (XynZ). Produzida por uma bactéria do gênero Clostridium, a enzima caracterizada pelos pesquisadores brasileiros tem a capacidade de remover da biomassa vegetal o ácido ferúlico – um composto aromático que representa cerca de 2% da biomassa lignocelulósica.

Já outra enzima, denominada aldoketo redutase (AKR), produzida pelo cupim de subterrâneo (Coptotermes gestroi) e descoberta pelos cientistas brasileiros, é capaz de catalisar a produção do coniferol. Porém, para produzir o composto a partir do ácido ferúlico proveniente da lignocelulose era necessária uma enzima ácido carboxílico redutase (CAR).

Durante um estágio de pesquisa no exterior do doutorando Robson Tramontina na Universidade de Manchester, com Bolsa da FAPESP, foram testadas diferentes combinações da AKRs com CARs.

Os resultados dos testes indicaram que a melhor combinação era com uma CAR proveniente de uma espécie de bactéria encontrada no solo, a Nocardia iowensis, descrita pelos cientistas ingleses.

Após chegar à combinação ideal foi desenvolvida uma cepa da bactéria Escherichia coli capaz de produzir os genes recombinantes provenientes do cupim do subterrâneo e da Nocardia iowensis.

Em contato com um material lignocelulósico, como a biomassa de bagaço da cana ou a palha de trigo, a bactéria, juntamente com a enzima feruloil esterase, desencadeia uma cascata de reações químicas que levam à produção de coniferol.

“Essa nova rota permite obter não só o coniferol, mas outros aldeídos e álcoois aromáticos de alto valor, que também têm aplicações em diversos setores industriais”, afirmou Squina.

Busca de parceiros

Os pesquisadores estão trabalhando, agora, na intensificação do processo e em estudos de viabilidade econômica.

Os cálculos preliminares indicam que a nova rota biotecnológica permite a valorização dos resíduos da cana e da palha de trigo em até 5 mil vezes, bem como em até 75 vezes o preço do ácido ferúlico, ao transformá-los em coniferol.

“Estamos procurando parceiros industriais que tenham interesse em viabilizar a tecnologia e, eventualmente, aprimorá-la para outras matérias-primas ou para produzir outros compostos de interesse comercial”, disse Squina.

O artigo Consolidated production of coniferol and other high-value aromatic alcohols directly from lignocellulosic biomass (DOI: 10.1039/C9GC02359C), de Robson Tramontina, James L. Galman, Fabio Parmeggiani, Sasha R. Derrington, Timothy D. H. Bugg, Nicholas J. Turner, Fabio M. Squina e Neil Dixon, pode ser lido na revista Green Chemistry em pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/GC/C9GC02359C#!divAbstract.