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https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2319
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Imobilização de células de Aspergillus oryzae IPT-301 em esponja de poliuretano para a produção enzimática de fruto-oligossacarídeos |
Autor: | BARBOSA, Nathália Romani |
Primeiro orientador: | PERNA, Rafael Firmani |
Primeiro coorientador: | XAVIER, Michelle da Cunha Abreu |
Primeiro membro da banca: | MAIORANO, Alfredo Eduardo |
Segundo membro da banca: | MIRANDA, Everson Alves |
Resumo: | Fruto-oligossacarídeos (FOS) são oligômeros de frutose benéficos à saúde e nutrição humana por exibirem propriedades nutracêuticas. Sua produção ocorre por reação de transfrutosilação em moléculas de sacarose catalisadas por enzimas frutosiltransferases (FTase, E.C.2.4.1.9) aderidas às células microbianas. A imobilização de células em materiais de suporte permite obter biocatalisadores heterogêneos robustos e resistentes às condições adversas do meio reacional. Esponjas de poliuretano (EPU) são suportes indicados para a imobilização por apresentarem estabilidades térmica e mecânica, além de tamanho e distribuição de poros que possibilitam a difusão gasosa e de substrato, essenciais para o crescimento microbiano. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de células de Aspergillus oryzae IPT-301, por cultivo celular submerso, e sua imobilização concomitante em esponjas de EPU. Para isso, foram investigados a capacidade de crescimento e adsorção das células em função do tempo de cultivo e da atividade de transfrutosilação (AT), assim como realizados estudos de caracterização das propriedades bioquímicas e de estabilidade das células imobilizadas e imobilizadas e reticuladas, visando obter biocatalisadores robustos, estáveis e ativos para a síntese de FOS. A produção das células microbianas, confinadas em EPU, ocorreu em meio de cultura sintético, pH 5,5, 200 rpm à 30 ºC. A curva de crescimento microbiano mostrou que o melhor tempo de cultivo celular ocorreu para 32 h de processo. A temperatura de 50 ºC, o pH de 5,5 e a concentração de 480,2 g L-1 foram os parâmetros do meio reacional que forneceram os máximos valores de AT. A avaliação da cinética enzimática mostrou que o modelo de Hill se ajustou satisfatoriamente aos perfis cinéticos apresentados para ambos os biocatalisadores. Parâmetros termodinâmicos indicaram que as células imobilizadas proporcionaram um aumento da termoestabilidade do biocatalisador. Os ensaios de estabilidade frente ao pH mostraram que ambas as células (imobilizadas e imobilizadas e reticuladas) mantiveram estáveis em uma faixa de pH entre 4,5 e 6,0 e retiveram até 40 % de AT inicial quando armazenadas por 28 dias sob refrigeração. Por fim, os resultados de estabilidade operacional indicaram que as células imobilizadas e imobilizadas e reticuladas retiveram 50,23% e 60,90% de suas atividades enzimáticas iniciais, respectivamente, após 12 ciclos reacionais consecutivos, alcançando uma produção média de 100 g L-1 de FOS. Esse conjunto de resultados evidencia a potencialidade da aplicação de células catalíticas, imobilizadas em EPU, na produção de FOS e representa o início de uma sequência de estudos sobre a imobilização dessas células microbianas, por adsorção, em diferentes materiais de suporte para a obtenção de biocatalisadores na síntese de bioprodutos de interesse industrial e na implementação de bioprocessos diversos. |
Abstract: | Fructooligosaccharides (FOS) are fructose oligomers beneficial to human health and nutrition by exhibiting nutraceutical properties. Their production occurs by transfructosylation reaction on sucrose molecules catalyzed by fructose-transferase enzymes (FTase, E.C.2.4.1.9) adhered to microbial cells. Immobilization of cells on support materials allows to obtain heterogeneous biocatalysts that are robust and resistant to the adverse conditions of the reaction medium. Polyurethane (EPU) sponges are suitable supports for immobilization because they present thermal and mechanical stabilities, besides pore size and distribution that allow gas and substrate diffusion, essential for microbial growth. Therefore, the objective of this work was to evaluate the production of Aspergillus oryzae IPT-301 cells, by submerged cell culture, and its concomitant immobilization in EPU sponges. To this end, the growth capacity and uptake of the cells as a function of culture time and transfructosylation (TA) activity were investigated, as well as characterization studies of the biochemical properties and stability of the immobilized and immobilized/reticulated cells, aiming to obtain robust, stable and active biocatalysts for FOS synthesis. The production of the microbial cells, confined in EPU, occurred in synthetic culture medium, pH 5.5, 200 rpm at 30 ºC. The microbial growth curve showed that the best cell culture time occurred for 32 h of process. The temperature of 50 ºC, pH 5.5 and concentration of 480.2 g L-1 were the parameters of the reaction medium that provided the maximum values of AT. Evaluation of the enzyme kinetics showed that the Hill model fitted satisfactorily to the kinetic profiles presented for both biocatalysts. Thermodynamic parameters indicated that the immobilized cells provided an increase in the thermostability of the biocatalyst. The pH stability tests showed that both cells (immobilized and immobilized and reticulated) were stable over a pH range between 4.5 and 6.0 and retained up to 40% initial AT when stored for 28 days under refrigeration. Finally, the results of operational stability indicated that the immobilized and immobilized and reticulated cells retained 50.23% and 60.90% of their initial enzymatic activities, respectively, after 12 consecutive reaction cycles, reaching an average production of 100 g L-1 of FOS. This set of results shows the potentiality of the application of catalytic cells, immobilized in EPU, in the production of FOS and represents the beginning of a sequence of studies on the immobilization of these microbial cells, by adsorption, in different support materials to obtain biocatalysts in the synthesis of bioproducts of industrial interest and in the implementation of various bioprocesses. |
Palavras-chave: | fruto-oligossacarídeos. frutosiltransferase. Aspergillus oryzae. células imobilizadas. poliuretano. |
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: | BARBOSA, Nathália Romani. Imobilização de células de Aspergillus oryzae IPT-301 em esponja de poliuretano para a produção enzimática de fruto-oligossacarídeos. 2023. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2022. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2319 |
Data de defesa: | 16-Dez-2022 |
Aparece nas coleções: | Mestrado |
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