Linhas de Pesquisa
O ReCaBS Lab nasceu com a ideia de ampliar, integrar e aprofundar conhecimentos em conversão da biomassa lignocelulósica e inovação em pesquisa, para a valorização e diversificação de produtos a partir da biomassa vegetal em um contexto de sustentabilidade e biorefinaria. Neste sentido, estamos focados em investigar processos físico-químicos e biológicos envolvidos nas transformações das principais frações da biomassa vegetal (Celulose, Hemicelulose e Lignina), e contribuir para elucidar suas características e potencialidades.
- Biomassa lignocelulósica
A biomassa lignocelulósica é uma fonte abundante e renovável de carbono no planeta. Proveniente dos tecidos vegetais de parede celular e composta principalmente por polissacarídeos (celulose e hemicelulose) e macromoléculas aromáticas (lignina), este recurso pode ser obtido através das mais diferentes fontes, como o eucalipto, a cana-de-açúcar, o milho, o arroz, entre outras. A biomassa lignocelulósica tem grande potencial para ser uma via alternativa ao uso do carbono fóssil (não-renovável), a partir da produção de combustíveis, químicos verdes e materiais, sem comprometer os ciclos globais de carbono e a vida humana na terra. Todavia, ainda há dificuldades na utilização deste recurso devido a recalcitrância e heterogeneidade da estrutura da parede celular, bem como nos processos de separação e obtenção destas frações.
Açucares
A maior porção da biomassa celulósica é distribuída entre polímeros de polissacarídeos (açucares), conhecidos como Celulose e Hemicelulose, que podem ser transformados nos mais diferentes compostos, como combustíveis, nanomateriais, compostos químicos, etc.
A celulose é um polímero de longas cadeias de unidades de glicose interconectadas (homopolissacarídeo). As cadeias de celulose são unidas por ligações de hidrogênio inter e intramoleculares, dando origem as famosas microfibrilas de celulose. Estas microfibrilas possuem regiões cristalinas (altamente ordenada) e amorfas (pouco ordenada), e se caracterizam por sua alta cristalinidade, com graus de polimerização da ordem de 10000. As microfibrilas de celulose quando agregadas as cadeias de hemicelulose e de lignina formam macrofibrilas, estruturas que conferem resistência mecânica e recalcitrância a parede celular vegetal.
As hemiceluloses (ou polioses) são também biopolimeros encontrados na biomassa vegetal, compostos por uma variedade de subunidades (heteropolímeros) em cadeias menores e muitas vezes ramificadas. A diversidade de subunidades da hemicelulose engloba açúcares hexoses, como glicose, manose e galactose (comum em madeira de coníferas) e também açúcares pentoses, como a xilose (abundante em madeira de plantas lenhosas). Em comparação com a celulose, as hemiceluloses possuem um baixo grau de polimerização (100-200 unidades), geralmente amorfa, e facilmente hidrolisada por ácidos ou bases diluídas.
Lignina
O segundo material orgânico mais abundante no planeta é a lignina (atrás somente da celulose). Considerada uma macromolécula complexa, a fração da lignina constitui uma variedade de compostos aromáticos (incluindo muitos compostos fenólicos), interligados por ligação C-C e C-O-C. A lignina apresenta muita variação na composição química da macromolécula, tendo diferenças expressivas entre fontes distintas de biomassa vegetal.
Acredita-se que esta macromolécula desempenhou um papel importante na evolução como metabólito secundário das plantas terrestres. As interações das cadeias de lignina com as cadeias de polissacarídeos foram responsáveis por conferir resistência à compressão e rigidez (resistência contra à força gravitacional), impermeabilização (facilitando o transporte de água nos tecidos do xilema) e propriedades antifúngicas (proteção contra patógenos) à parede celular.
Atualmente, a lignina permanece uma fração frequentemente sub-aproveitada em processos industriais, sendo utilizada somente para produção de energia (através da queima). Apesar disso, a lignina tem diversas aplicações comerciais, desde ingrediente ativo de resinas fenólicas, a produção de químicos como Vanilina e dimetilsulfóxido. Neste sentido, muito do nosso esforço tem sido empregado na exploração de possibilidades de uso e valorização desta fração da biomassa.
- Bioprocessos de valorização da biomassa
Existem grandes potencialidades no uso dos microrganismos (fungos, bactérias, algas, etc.) capazes de utilizar frações da biomassa vegetal para a produção de compostos de interesse químico ou biotecnológico. Além de serem uma fonte
Biomass valorization is the process of adding value to different types of plants and residues: food crops (starch-rich) and residues (e.g., rice and corn husks), aquatic plants (e.g., algae), lignocellulosic plants (e.g., grass), municipal waste, animal waste, and so on.
Estamos empenhados em desenvolver projetos que explorem estas possibilidades e agreguem conhecimentos em abordagens inovadoras e aplicadas de valorização desta biomassa em produtos de base sustentável. Dada a complexidade e ousadia deste propósito, encorajamos nossos colaboradores a aplicar a interdisciplinariedade que o campo exige, trabalhando com diferentes conhecimentos e perspectivas da bioquímica, microbiologia, biologia molecular, bioprocessos, engenharia, química, entre outras.
- Bioquímica e Metabolismo
Dada as demandas climáticas urgentes, e a necessidade de explorar fontes renováveis de energia e produção, os microrganismos capazes de utilizar frações da biomassa vegetal para a produção de compostos de interesse biotecnológico estão cada vez mais protagonizando papéis importantes na sociedade e na inovação.
Embora alguns organismos já estejam sendo usados industrialmente, existe uma grande biodiversidade microscópica a ser desvendada, bem como diversas características pouco compreendidas que necessitam ser elucidadas. A bioquímica é uma ferramenta essencial para a compressão dessa biodiversidade. Em termos gerais, é a ciência que estuda a estrutura, função e interação de moléculas biológicas como proteínas, ácidos nucleicos, carboidratos e lipídeos (https://www.nature.com/subjects/biochemistry). De forma que, com o seu auxílio podemos elucidar, em termos moleculares, as estruturas, os mecanismos e os processos químicos da transformação da biomassa a partir dos microrganismos.
Atualmente direcionamos parte de nossos esforços no intuito de compreender os processos bioquímicos do metabolismo microbiano envolvidos na transformação da biomassa vegetal. De forma que, possamos melhorar as características de cada modelo de fábrica celular e os parâmetros necessários para gerar melhores condições para cada um dos nossos processos. Deste modo, estamos aplicando diversas abordagens (exploratórias e direcionadas) em projetos para compreender e melhorar a produção de diversos produtos de interesse biotecnológico a partir da biomassa vegetal, como biolípideos, polihidroxialcanoatos (PHA) e biogás.