Production of xylanase by a new strain of Thermoascus aurantiacus: obtainment of enzymatic extract with reduced cellulolytic activity for application in pulp and paper industries / Produção de xilanase por nova linhagem de Thermoascus aurantiacus: obtenção de extrato enzimático com reduzida atividade celulolítica para aplicação em indústria de papel e celulose

ABSTRACT

Xylanases are useful in several industrial segments, including pulp and paper bleaching, animal feed, and bread-making processes. However, the industrial use of these enzymes is closely related to its production cost and its catalytic properties. The process of solid state fermentation enables the use of agro-industrial residues as substrates for microbial cultivation and enzymes production, reducing costs. In the present study, different cultivation parameters were evaluated for the xylanase production by the thermophilic fungus Thermoascus aurantiacus, by solid state fermentation, using agro-industrial residues as substrates. High production of xylanase (1701.9 U g-1 of dry substrate) was obtained using wheat bran containing 65% of initial moisture, at 120 h of cultivation, and 45°C. The xylanase showed optimal activity at pH 5.0 and 75°C; its stability was maintained at pH 3.0­11.0. The enzyme retained its catalytic potential after 1 h, at 75°C. The enzymatic extract produced under optimized conditions showed reduced activities of endoglucanase and FPase. Our results, including the xylanase production by T. aurantiacus in low-cost cultivation medium, high structural stability of the enzyme, and reduced cellulolytic activity, encourage the application of this enzymatic extract in pulp and paper bleaching processes.

RESUMO

As xilanases apresentam aplicabilidade em diferentes segmentos industriais, como branqueamento de papel e celulose, ração animal e panificação. No entanto, a utilização industrial dessas enzimas está intimamente relacionada com seu custo de produção e suas propriedades catalíticas. O processo de fermentação em estado sólido possibilita o uso de resíduos agroindustriais como substratos, para o cultivo microbiano e produção de enzimas, reduzindo o custo da produção enzimática. No presente trabalho, diferentes parâmetros de cultivo foram avaliados para produção de xilanase por cultivo em estado sólido do fungo termófilo Thermoascus aurantiacus, utilizando resíduos agroindustriais como substratos. A maior produção de xilanase, 1701,9 U g-1 de substrato seco, foi obtida no cultivo em farelo de trigo, contendo 65% de umidade inicial, em 120 horas de cultivo a 45°C. A xilanase produzida apresentou atividade ótima em pH 5,0 a 75°C, mantendo sua estabilidade em pH 3,0 a 11,0. A enzima manteve seu potencial catalítico após 1 h a 75°C. O extrato enzimático produzido nas condições otimizadas apresentou reduzida atividade de endoglucanase e FPase. Os resultados obtidos no presente trabalho (produção de xilanase pelo fungo em meios de cultivo de baixo custo, elevada estabilidade estrutural da enzima e reduzida atividade celulolítica) estimulam a aplicação desse complexo enzimático em processos de branqueamento de papel e celulose.