Yarrowia lipolytica biomass production from wood shavings: potential application on bioglues

Abstract

A biomassa de levedura é rica em macromoléculas como proteínas, lípidos, hidratos de carbono e minerais, o que a torna valiosa para diversas aplicações industriais. Recentemente, foi descoberto o seu potencial no desenvolvimento de biocolas, uma alternativa ecológica aos adesivos convencionais derivados do petróleo. Entre as leveduras que podem ser aplicadas, destaca-se Yarrowia lipolytica, uma espécie não convencional reconhecida pela sua versatilidade metabólica e capacidade de crescer em hidrolisados lignocelulósicos. Assim, este estudo investigou o potencial de produção de biomassa de levedura a partir de hidrolisados de aparas de madeira, um subproduto lignocelulósico da indústria madeireira, numa perspetiva de desenvolvimento de economia circular neste setor. Neste trabalho, foram avaliados dois pré-tratamentos: pré-tratamento hidrotérmico (PH) e pré-tratamento hidrotérmico com ácido diluído (PHAD). No caso do PHAD, a influência do tempo, da concentração de ácido e da carga de sólidos foi otimizada através de um planeamento fatorial Box–Behnken. Neste pré-tratamento foi obtido um sólido com 63 % de celulose, o qual foi posteriormente submetido a hidrólise enzimática com Cellic CTec3, originando um hidrolisado rico em glucose (57 g·L-1). Este hidrolisado foi utilizado como substrato para produção de biomassa de Y. lipolytica em frascos Erlenmeyer e em biorreator agitado. No biorreator a operar em descontínuo, obteve-se um rendimento de biomassa de 0.27 g·g-1. A biomassa de levedura obtida apresentava 33 % de proteína, 11 % de cinzas, 6 % de lípidos e 11 % de hidratos de carbono. Esta biomassa foi sujeita a um processo de autólise realizado a 55 °C durante 96 horas, tendo sido obtido um lisado que, após liofilização tinha um alto teor de proteína (45 %, p/p). Os resultados obtidos demonstraram o potencial de valorização das aparas de madeira para a produção de biomassa de Y. lipolytica e a sua possível conversão em lisados ricos em proteínas, representando um passo promissor no desenvolvimento de biocolas.

Yeast biomass is rich in valuable macromolecules such as proteins, lipids, carbohydrates and minerals, making it suitable for diverse industrial applications. Recently, it has also shown potential in the development of bioglues, an eco-friendly alternative to conventional petroleum-based glues. Among the yeasts with underexplored potential, Yarrowia lipolytica stands out due its metabolic versatility and ability to grow on lignocellulosic hydrolysates. This study investigated the potential of production of yeast biomass from wood shavings (WS), a lignocellulosic by-product of the wood industry, with potential for bioglue formulation. In this study, two pretreatments were evaluated: hydrothermal pretreatment (HP) and hydrothermal dilute acid pretreatment (HDAP). For HDAP, the influence of the time, acid concentration and solid loading were optimized using a Box–Behnken factorial design. After HDAP, the solid fraction contained 63 % cellulose and was subjected to enzymatic hydrolysis with Cellic CTec3, resulting in a glucose-rich hydrolysate (57 g·L-1 ). The hydrolysate was then used as substrate for the production of Y. lipolytica biomass in Erlenmeyer flasks and in a stirred-tank bioreactor. In batch bioreactor experiment, a biomass yield of 0.27 g·g-1 was achieved. The yeast biomass contained 33 % protein, 11 % ash, 6 % lipids, and 11 % carbohydrates. The biomass was then subjected to an autolysis process at 55 °C for 96 hours, resulting in a lysate that, after lyophilization, exhibited a high protein content (45 %, w/w). These results demonstrated the potential of valorizing WS for the production of Y. lipolytica biomass and the possible conversion into protein-rich lysates, representing a promising step toward bioglues development.