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Tipo do documento: Dissertação
Título: Imobilização de células de Aspergillus oryzae IPT-301 em suportes inorgânicos e sua aplicação como biocatalisadores para a produção de fruto-oligossacarídeos
Autor: SANTOS, Érica Daniely 
Primeiro orientador: MORALES, Sergio Andres Villalba
Primeiro coorientador: PERNA, Rafael Firmani
Primeiro membro da banca: MORALES, Sergio Andres Villalba
Segundo membro da banca: SILVÉRIO, Sara Isabel da Cruz
Terceiro membro da banca: ROLEMBERG, Marlus Pinheiro
Resumo: Os fruto-oligossacarídeos (FOS) são oligômeros de frutose, constituídos por unidades de frutose ligadas à sacarose. Esses açúcares apresentam propriedades não cariogênicas, anticancerígenas e contribuem para o equilíbrio da microbiota intestinal. Os FOS podem ser produzidos a partir da reação de transfrutosilação da sacarose catalisada por enzimas frutosiltransferases (FTase, E.C.2.4.1.9), extracelulares ou presentes em células microbianas. A utilização de células com atividade de transfrutosilação (AT) têm se tornado uma alternativa promissora para a produção de FOS, principalmente quando imobilizadas em suportes porosos uma vez que constituem biocatalisadores heterogêneos com alta estabilidade. O desempenho destes biocatalisadores depende das características da célula, das condições de reação e do suporte utilizado. Com isto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a imobilização, por cultivo celular submerso, de células de Aspergillus oryzae IPT-301, em óxidos de alumínio e titânio. A imobilização das células microbianas nos óxidos, ocorreu em meio de cultura sintético, pH 5,5, 200 rpm e 30°C. Foram avaliados a capacidade de crescimento das células em função do tempo de cultivo e da atividade de transfrutosilação para ambos os suportes, além de ensaios de regeneração e reutilização do suporte para a escolha daquele mais adequado para os demais ensaios. Foram realizados ensaios de estabilidade frente ao pH, térmica, de armazenamento e operacional em reator batelada e de leito fixo. Também, foi determinada a influência da concentração de sacarose do meio reacional nos perfis de atividade de transfrutosilação. A curva de crescimento microbiano mostrou que o melhor tempo de cultivo celular ocorreu em 32 h de processo, para ambos os suportes. O ensaio de regeneração dos óxidos indicou que apenas a titânia - TI40 pôde ser reutilizada no processo de cultivo celular, já que não apresentou fraturas, nas diversas etapas, que afetassem sua morfologia. O ensaio de estabilidade frente ao pH indicou o pH ótimo de 5,5 com maior valor de atividade de transfrutosilação, de 1990,12 ± 45,5 Ug-1. A estabilidade de armazenamento mostrou que a atividade se manteve apenas até o primeiro dia, vindo a cair progressivamente até o tempo de 60 dias. A concentração de sacarose que obteve a maior atividade foi de 480 g L-1, no valor de 262,89 ± 25,49 U g-1, e os parâmetros termodinâmicos obtidos no ensaio de estabilidade térmica, indicaram uma maior termoestabilidade para célula imobilizada em comparação com a célula in natura. Por último, as células imobilizadas em titânia apresentaram atividade enzimática estável no reator batelada durante 20 ciclos de reação consecutivos de 1h, e em reator de leito fixo durante 24 horas sob fluxo contínuo. Esses resultados evidenciam o potencial de aplicação de células de A. oryzae IPT-301 imobilizadas em óxido de titânio para produção de FOS, destacando o potencial de regeneração do suporte e a elevada estabilidade operacional do biocatalisador.
Abstract: Fructo-oligosaccharides (FOS) are fructose oligomers consisting of fructose units linked to sucrose. These sugars exhibit non-cariogenic, anticancer properties and contribute to the balance of the intestinal microbiota. FOS can be produced from the transfructosylation reaction of sucrose, catalyzed by fructosyltransferase enzymes (FTase, E.C.2.4.1.9), which are extracellular or present in microbial cells. The use of cells with transfructosylation activity (AT) has become a promising alternative for FOS production, especially when immobilized in porous supports, as they form highly stable heterogeneous biocatalysts. The performance of these biocatalysts depends on the characteristics of the cell, the reaction conditions, and the support used. Therefore, the objective of this study was to evaluate the immobilization, via submerged cell culture, of Aspergillus oryzae IPT-301 cells in aluminum and titanium oxides. The immobilization of the microbial cells on the oxides occurred in a synthetic culture medium at pH 5.5, 200 rpm, and 30°C. The cell growth capacity over time and transfructosylation activity for both supports were evaluated, along with regeneration and reuse tests of the support to determine the most suitable one for further experiments. Stability tests were conducted for pH, thermal, storage, and operational conditions in batch and fixed-bed reactors. Additionally, the influence of sucrose concentration in the reaction medium on transfructosylation activity profiles was determined. The microbial growth curve showed that the optimal cell culture time was 32 hours for both supports. The regeneration test for the oxides indicated that only titania (TI40) could be reused in the cell culture process, as it did not present fractures during the various stages that could affect its morphology. The pH stability test indicated an optimal pH of 5.5 with the highest transfructosylation activity value of 1990.12 ± 45.5 U g-1. The storage stability showed that the activity was maintained only until the first day, progressively decreasing up to 60 days. The sucrose concentration that yielded the highest activity was 480 g L-1, with a value of 262.89 ± 25.49 U g-1. The thermodynamic parameters obtained in the thermal stability test indicated greater thermostability for the immobilized cell compared to the free cell. Finally, the cells immobilized on titania exhibited stable enzymatic activity in the batch reactor for 20 consecutive 1-hour reaction cycles and in the fixed-bed reactor for 24 hours under continuous flow. These results highlight the potential application of A. oryzae IPT-301 cells immobilized on titanium oxide for FOS production, emphasizing the support's regeneration potential and the high operational stability of the biocatalyst.
Palavras-chave: Imobilização.
Óxido de titânio.
Óxido de alumínio.
Aspergillus oryzae IPT-301.
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: SANTOS, Érica Daniely. Imobilização de células de Aspergillus oryzae IPT-301 em suportes inorgânicos e sua aplicação como biocatalisadores para a produção de fruto-oligossacarídeos. 2024. 73 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2559
Data de defesa: 5-Ago-2024
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Química

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