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Tipo do documento: Dissertação
Título: Imobilização de frutosiltransferase extracelular de Aspergillus oryzae IPT-301 em bagaço de cana-de-açúcar para a produção de fruto-oligossacarídeos
Título(s) alternativo(s): Immobilization of extracellular fructosyltransferase from Aspergillus oryzae IPT-301 on sugarcane bagasse for the production of fructooligosaccharides
Autor: ROCHA, Rovilson José da 
Primeiro orientador: LOPES, Melina Savioli
Primeiro coorientador: VILLALBA MORALES, Sergio Andres
Primeiro membro da banca: XAVIER, Michelle da Cunha Abreu
Segundo membro da banca: PERNA, Rafael Firmani
Resumo: Fruto-oligossacarídeos (FOS) são açúcares nutracêuticos de baixa caloria que apresentam excelentes propriedades funcionais e benefícios à saúde e nutrição humana. Industrialmente, os FOS podem ser obtidos pela reação de transfrutosilação das moléculas de sacarose, catalisada por enzimas microbianas como a frutosiltransferase (FTase, EC 2.4.1.9). O uso da FTase solúvel implica em baixa estabilidade (térmica, operacional, de armazenamento e frente ao pH), contudo, com a imobilização, é possível aumentar a estabilidade da enzima e possibilitar sua recuperação e reutilização. Neste trabalho foi realizada a caracterização física do bagaço de cana-de-açúcar in natura (área específica – BET; volume e distribuição de poros – BJH), a imobilização por adsorção física (35 ºC, 175 rpm, pH 5,5 e 8 h) da FTase extracelular de Aspergillus oryzae IPT-301 no bagaço de cana-de-açúcar in natura e obtenção dos parâmetros de imobilização (rendimento e atividade recuperada). Em seguida foi realizada a caracterização (FTIR) do derivado enzima-suporte obtido do processo de imobilização e a avaliação das suas propriedades bioquímicas que envolveu: a avaliação da influência da temperatura e pH na atividade de transfrutosilação – planejamento experimental; a avaliação da influência da concentração de substrato na atividade de transfrutosilação; os ensaios de estabilidade (térmica, frente ao pH de incubação, operacional e de armazenamento). Através da caracterização física do bagaço de cana-de-açúcar in natura foi obtida uma área específica de 1,306 m².g-1, uma área específica dos poros de 0,846 m².g-1, tamanho de poros de 20,408 Å e volume específico de poros (entre 17 e 3000 Å) de 0,431×10-3 cm³.g-1. O rendimento de imobilização foi de 46,61 ± 3,77 % e a atividade recuperada foi de 11,20 ± 1,85 %. A análise comparativa do derivado enzima-suporte e suporte por FTIR indicou a imobilização enzimática. Os resultados do planejamento de experimentos indicaram que à temperatura de 51,37 ºC e pH de 5,49 a atividade enzimática da FTase imobilizada foi máxima. A melhor concentração de sacarose para a reação enzimática foi de 600 g.L-1 e os modelos cinéticos de Michaelis-Menten e de Hill foram ajustados satisfatoriamente aos dados experimentais. Os ensaios de estabilidade frente ao pH de incubação mostraram que a FTase foi estável (atividades relativas superiores a 56 %) na faixa de pH entre 4,5 e 8,5. Os ensaios de estabilidade térmica mostraram que a imobilização aumentou a termoestabilidade da FTase, com um fator de estabilidade máximo de 3,47 à 30 ºC, o que representa um ganho de cerca de 9 h no tempo de meia vida da enzima. A análise dos parâmetros termodinâmicos associados também indicou que a termoestabilidade enzimática foi aumentada após a imobilização. Os ensaios de estabilidade operacional mostraram que a enzima pode ser reutilizada por 2 ciclos reacionais consecutivos sem perda de atividade. O derivado enzima-suporte não apresentou perda na atividade enzimática nos 5 primeiros dias de armazenamento (atividades retidas próximas a 100 %), contudo, após 10 e 15 dias de armazenamento foram obtidas atividades de transfrutosilação equivalentes a 87 % e 74 % da atividade inicial, respectivamente. Após 30 dias de armazenamento, o derivado enzima-suporte reteve apenas 17 % da atividade enzimática inicial. Concluiu-se que a imobilização da FTase no bagaço de cana-de-açúcar foi satisfatória, mediante obtenção de um biocatalisador estável e ativo, o que justifica a futura implementação em diferentes configurações de reatores.
Abstract: Fructooligosaccharides (FOS) are low-calorie nutraceutical sugars that have excellent functional properties and benefits for human health and nutrition. Industrially, FOS can be obtained by the transfructosylation reaction of sucrose molecules, catalyzed by microbial enzymes such as fructosyltransferase (FTase, EC 2.4.1.9). The use of soluble FTase implies low stability (thermal, operational, storage and pH), however, with immobilization, it is possible to increase the stability of the enzyme and enable its recovery and reuse. In this work, the physical characterization of in natura sugarcane bagasse was carried out (specific area - BET; pore volume and distribution - BJH), immobilization by physical adsorption (35 ºC, 175 rpm, pH 5.5 and 8 h) extracellular FTase from Aspergillus oryzae IPT-301 in in natura sugarcane bagasse and obtaining immobilization parameters (yield and recovered activity). Then, the characterization (FTIR) of the enzyme-support derivative obtained from the immobilization process and the evaluation of its biochemical properties was carried out, which involved: the evaluation of the influence of temperature and pH on the transfructosylation activity – experimental design; evaluation of the influence of substrate concentration on transfructosylation activity; stability tests (thermal, compared to incubation, operational and storage pH). Through the physical characterization of in natura sugarcane bagasse, a specific area of 1.306 m².g-1, a specific pore area of 0.846 m².g-1, a pore size of 20.408 Å and a specific volume of pores (between 17 and 3000 Å) of 0.431×10-3 cm³.g-1. The immobilization yield was 46.61 ± 3.77 % and the recovered activity was 11.20 ± 1.85 %. Comparative analysis of enzyme-support and support derivatives by FTIR indicated enzymatic immobilization. The results of the design of experiments indicated that at a temperature of 51.37 ºC and pH of 5.49, the enzymatic activity of immobilized FTase was maximum. The best sucrose concentration for the enzymatic reaction was 600 g.L-1 and the Michaelis-Menten and Hill kinetic models were satisfactorily fitted to the experimental data. The stability tests against the incubation pH showed that FTase was stable (relative activities above 56 %) in the pH range between 4.5 and 8.5. The thermal stability tests showed that immobilization increased the thermostability of FTase, with a maximum stability factor of 3.47 at 30 ºC, which represents a gain of about 9 h in the half-life of the enzyme. The analysis of associated thermodynamic parameters also indicated that enzymatic thermostability was increased after immobilization. Operational stability assays showed that the enzyme can be reused for 2 consecutive reaction cycles without loss of activity. The enzyme-support derivative showed no loss of enzymatic activity in the first 5 days of storage (retained activities close to 100 %), however, after 10 and 15 days of storage, transfructosylation activities equivalent to 87 % and 74 % of the initial activity were obtained, respectively. After 30 days of storage, the enzyme-support derivative retained only 17 % of the initial enzyme activity. It was concluded that the immobilization of FTase in sugarcane bagasse was satisfactory, by obtaining a stable and active biocatalyst, which justifies the future implementation in different reactor configurations.
Palavras-chave: imobilização.
Aspergillus.
frutosiltransferase.
bagaço de cana- de-açúcar.
fruto-oligossacarídeos.
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS
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: ROCHA, Rovilson José da. Imobilização de frutosiltransferase extracelular de Aspergillus oryzae IPT-301 em bagaço de cana-de-açúcar para a produção de fruto-oligossacarídeos. 2021. 100 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/2143
Data de defesa: 17-Dez-2021
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