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Tipo do documento: Dissertação
Título: Imobilização da enzima frutosiltransferase extracelular de Aspergillus oryzae IPT-301 em sílica-gel para produção de frutooligossacarídeos
Título(s) alternativo(s): Immobilization of the extracellular fructosyltransferase enzyme of Aspergillus oryzae IPT-301 on silica gel for the production of fructooligosaccharides
Autor: FARIA, Larissa Lemos 
Primeiro orientador: PERNA, Rafael Firmani
Primeiro coorientador: MAIORANO, Alfredo Eduardo
Primeiro membro da banca: MORALES, Sergio Andres Vilalba
Segundo membro da banca: OTTONI, Cristiane Angélica
Resumo: Os frutooligossacarídeos (FOS) são açúcares prebióticos de baixa caloria que apresentam diversos benefícios à saúde humana. Há um grande interesse na aplicação de FOS como substitutos dos edulcorantes convencionais, o que torna necessário o desenvolvimento de processos, em escala industrial, de produção destes componentes, desenvolvidos no Brasil. Estes açúcares podem ser produzidos pela reação de transfrutosilação da sacarose, catalisada por enzimas microbianas como a frutosiltransferase (FTase E.C.2.4.1.9), de Aspergillus oryzae IPT-301. Deste modo, o presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de imobilização da enzima FTase microbiana extracelular, utilizando sílica-gel como suporte, para produção de FOS. Para tanto, foram realizados testes de imobilização, por adsorção física, em diferentes temperaturas (20 ºC, 25 ºC, 30 ºC e 35 ºC), durante 6 horas, com agitação de 175 rpm, 10 mL de caldo fermentado pH 5,5, contendo a enzima microbiana extracelular, e 1,0 g de sílica-gel. Após obter os perfis cinéticos de adsorção, foi realizado um planejamento experimental do tipo delineamento composto central rotacional (DCCR) 2² variando a temperatura e pH do meio reacional, com o intuito de definir as condições ótimas de reação para a enzima imobilizada. Em acrésccimo, para a caracterização do biocatalisador imobilizado, foram realizados ensaios de estabilidade frente ao pH, estabilidade térmica, avaliação da influência da concentração de substrato na reação enzimática e ensaios de estabilidade operacional. Os perfis cinéticos de imobilização indicaram que a atividade de transfrutosilação (), presente no caldo fermentado, decresceu com o aumento do tempo de imobilização e que, o maior rendimento de imobilização, cerca de 85 %, foi obtido para uma temperatura de 35 ºC. A partir do planejamento experimental, foi possível definir as condições ótimas de reação para a enzima imobilizada obtendo-se valores de pH e temperatura iguais a 5,5 e 50 ºC, respectivamente. A avaliação da concentração de substrato indicou que as melhores condições para a reação enzimática foram alcançadas para concentrações de sacarose compreendidas entre 400 a 600 g.L-1 e a cinética enzimática foi melhor ajustada ao modelo cooperativo de Hill. Além disso, os ensaios de estabilidade ao pH mostraram que a enzima imobilizada foi estável ( relativa próximo a 100 %) na faixa de pH entre 5,0 e 6,5 e, a análise de estabilidade térmica mostrou, por meio dos parâmetros termodinâmicos avaliados, que a imobilização proporcionou um aumento na energia necessária para a desativação enzimática, aumentando sua termoestabilidade, de modo a aumentar o tempo de meia vida da enzima FTase imobilizada em 2,5 vezes, para a temperatura de 30ºC, em relação ao biocatalisador na sua forma livre. Dos ensaios de estabilidade operacional, constatou-se que a enzima pode ser reutilizada por 2 ciclos batelada consecutivos sem perdas de atividade. Ao caracterizar o suporte sílica-gel foi possível comprovar a adsorção da enzima em sua superfície. Portanto, a partir dos estudos de imobilização e caracterização foi possível concluir que a FTase extracelular foi satisfatoriamente imobilizada em sílica-gel.
Abstract: Fructooligosaccharides (FOS) are low-calorie prebiotic sugars that present several benefits for human health. There is a growing interest in the application of FOS as substitute for conventional sweeteners, which makes it necessary to develop processes, in industrial-scale, for the production of these components, developed in Brazil. They are produced by transfructosylation reaction of sucrose, catalyzed by microbial enzymes such as fructosyltransferase (FTase E.C.2.4.1.9), from Aspergillus oryzae IPT-301. Thus, the present work focused on the studies of the immobilization process of the enzyme extracellular microbial FTase, using silica gel as support, for the production of FOS. For this purpose, immobilization tests were performed, by physical adsorption, at different temperatures (20 ° C, 25 ° C, 30 ° C and 35 ° C) for 6 hours, with agitation of 175 rpm, 10 mL fermented broth pH 5.5, containing the extracellular microbial enzyme, and 1.0 g of silica gel. After obtaining the adsorption kinetic profiles, a central composite design (CCD) 2² was performed, varying the temperature and pH of the reaction medium, in order to define the optimal reaction conditions for the immobilized enzyme. Besides these studies, to characterize the immobilized biocatalyst, tests were carried out for stability to pH, thermal stability, evaluation of the influence of substrate concentration on the enzymatic reaction and operational stability tests. The kinetic immobilization profiles indicated that the transfructosylation activity (AT), present in the fermented broth, decreased with the increase of the immobilization time and that the highest immobilization yield, about 85% was obtained for an immobilization temperature of 35 °C. From the experimental design, it was possible to define the optimal reaction conditions for the immobilized enzyme, obtaining pH and temperature values of 5.5 and 50ºC, respectively. The evaluation of the substrate concentration indicated that the best conditions for the enzymatic reaction were reached for sucrose concentrations between 400 and 600 g.L-1 and enzymatic kinetics were better fitted to the cooper Hill model. In addition, pH stability assays showed that the immobilized enzyme was stable (relative to about 100%) in the pH range of 5.0 to 6.5 and the thermal stability analysis showed, by means of the thermodynamic parameters evaluated, that immobilization provided an increase in energy required for enzymatic deactivation, increasing its thermostability, so as to increase the half-life of the FTase enzyme immobilized at 2.5 times relative to the biocatalyst in its free form. From the operational stability tests, it was verified that the enzyme can be reused for 2 consecutive batch cycles without loss of activity. By characterizing the silica gel support, it was possible to prove the adsorption of the enzyme on its surface. Therefore, from the immobilization and characterization studies it was possible to conclude that extracellular FTase was satisfactorily immobilized on silica gel.
Palavras-chave: Cinética de enzimas.
Enzimas imobilizadas.
Aspergillus oryzae.
Sílica-gel.
Área(s) do CNPq: ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: FARIA, Larissa Lemos. Imobilização da enzima frutosiltransferase extracelular de Aspergillus oryzae IPT-301 em sílica-gel para produção de frutooligossacarídeos. 2019. 88 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, 2019.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1343
Data de defesa: 8-Mar-2019
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