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Tipo do documento: Dissertação
Título: Imobilização da enzima frutosiltransferase extracelular de Aspergillus oryzae IPT-301 em sabugo de milho para a produção de fruto-oligossacarídeos
Título(s) alternativo(s): Immobilization of extracellular fructosyltransferase enzyme from Aspergillus oryzae IPT-301 in corn cob for the production of fructooligosaccharides
Autor: PEREIRA, Richard Silveira 
Primeiro orientador: LOPES, Melina Savioli
Primeiro coorientador: PERNA, Rafael Firmani
Primeiro membro da banca: OTTONI, Cristiane Angélica
Segundo membro da banca: VILLALBA MORALES, Sergio Andres
Resumo: Os fruto-oligossacarídeos (FOS) são alimentos benéficos ao organismo humano. Comercialmente, são produzidos através de uma reação de transfrutosilação, a qual uma enzima transferase catalisa sacarose em FOS. Dentre os micro-organismos produtores destas enzimas, o Aspergillus oryzae IPT-301 se destaca por produzir frutosiltransferase (FTase) com elevada atividade de transfrutosilação (A_t). A utilização da enzima livre em escala comercial é um processo difícil e custoso, já que ela se desnatura rapidamente. Assim sendo, observa-se a necessidade de pesquisas para a imobilização destas enzimas com o intuito de se aumentar seu tempo de meia-vida e sua estabilidade. Em vista disso, este trabalho objetivou avaliar o processo de imobilização da FTase extracelular (por adsorção física) em sabugo de milho, um resíduo agroindustrial natural. O suporte in natura foi apenas ralado. Funcionalizou-se o sabugo de milho por extração alcalina para maximizar sua capacidade de adsorção. Realizou-se ensaios para avaliar a cinética da FTase imobilizada em sabugo de milho para diferentes temperaturas. Fez-se um planejamento de experimentos com o objetivo de se avaliar as influências de temperatura e pH sobre A_t e se obter as condições ótimas. Avaliou-se as estabilidades térmica, operacional, de concentração de substrato, e frente ao pH. Os perfis cinéticos de imobilização apontaram que a A_t do caldo fermentado (em contato com o suporte) decaiu ao decorrer do ensaio, sendo o maior rendimento de imobilização (RI) obtido a 35 °C (74 % para o suporte in natura e 64 % para o funcionalizado). A atividade transfrutosilação recuperada (A_tr) resultou em um valor cerca de quatro vezes superior para o sabugo de milho funcionalizado (9,05 ± 0,58 %), indicando que a funcionalização do suporte aumentou sua capacidade de adsorção. O planejamento de experimentos apontou que as condições ótimas para A_t do biocatalisador heterogêneo foi de 55 °C e pH 5,5. O estudo dos efeitos de concentração mostrou que as maiores atividades foram atingidas para concentrações entre 400 g.L-1 e 600 g.L-1, sendo que a cinética enzimática melhor se ajustou ao modelo de Hill. Os ensaios de estabilidade frente ao pH indicaram que o biocatalisador heterogêneo foi estável frente à faixa de pH entre 5,5 e 6,0. O ensaio conseguinte indicou que não houve um aumento expressivo da estabilidade térmica do biocatalisador heterogêneo frente ao solúvel, com tempo de meia-vida (do biocatalisador heterogêneo) 1,13 vezes superior para 50 °C. O ensaio de estabilidade operacional permitiu constatar que a FTase imobilizada no suporte funcionalizado manteve a A_t relativa em até 13 % ao fim do quarto ciclo batelada, apontando a possibilidade de reuso. Por conseguinte, constatou-se que os ensaios de caracterização e de estabilidade permitiram concluir que a FTase foi imobilizada em sabugo de milho através de adsorção física. Destaca-se que esta pesquisa é inovadora ao imobilizar frutosiltransferase em um resíduo para a produção de fruto-oligossacarídeos.
Abstract: Fructooligosaccharides (FOS) are beneficial foods to the human organism. Commercially, they are synthesized through a transfructosylation reaction, in which a transferase enzyme catalyses sucrose in FOS. Among the microorganisms that produce these enzymes, the Aspergillus oryzae IPT-301 stands out for producing fructosyltransferase (FTase) with high transfructosylation activity (A_t). The use of free enzymes on a commercial scale is a difficult and costly process, as it is easily denatured. Therefore, there is a need to research the immobilization of these enzymes intending to increase their half life time and their stability. Thereby, this work aimed to evaluate the immobilization process of the extracellular FTase (by physical adsorption) in corn cob, a natural agro-industrial waste. The support in natura was just grated. The corn cob was functionalized by alkali extraction to maximize its adsorption capacity. It was made assays to evaluate the kinetics of the FTase immobilized in corn cob for several temperatures. It was made a design of experiments intending to study the influences of temperature and pH over the A_t and their optimum conditions. It was evaluated the thermal, operational, substrate concentration, and pH stabilities. The kinetic models of immobilization pointed that the A_t of the fermented broth (in contact with the support) decreased along with the assay, wherein the best immobilization yield (RI) was for 35 °C (74 % for the support in natura and 64% for the functionalized one). The recovered transfructosylation activity (A_tr) resulted in a value around four times superior for the functionalized corn cob (9,05 ± 0,58 %), indicating the support functionalization increased its adsorption capacity. The design of experiments showed that the optimum conditions for the heterogeneous biocatalyst were 55 °C and pH 5.5. The assays for the concentration effects showed that the highest activities were reached for concentrations between 400 g.L-1 and 600 g.L-1, and the enzymatic kinetic was best adjusted to the Hill model. The assays for the pH stability indicated that the heterogeneous biocatalyst was stable for the pH range between 5.5 and 6.0. The subsequent assay indicated that there was not an expressive increase of the thermal stability of the heterogeneous biocatalyst in face soluble one, with half life time (of the heterogeneous biocatalyst) 1.13 time superior for 50 °C. The operational stability assay allowed to verify that the FTase immobilized in functionalized corn cob kept it relative A_t up to 13 % at the end of the fourth batch cycle, pointing to its reuse possibility. Thus, it was concluded that the characterization and stability assays allowed it to observe that the FTase was immobilized in corn cob by physical adsorption. It is called attention to the fact that this research is innovative in immobilizing fructosyltransferase in waste for the production of fructooligosaccharides.
Palavras-chave: Sabugos.
Milho.
Aspergillus oryzae.
Enzimas imobilizadas.
Resíduos agrícolas.
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::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: PEREIRA, Richard Silveira. Imobilização da enzima frutosiltransferase extracelular de Aspergillus oryzae IPT-301 em sabugo de milho para a produção de fruto-oligossacarídeos. 2021. 71 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2021.
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/2063
Data de defesa: 16-Dez-2021
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