Desenvolvimento de um bioprocesso por fermentação em estado sólido para produzir e recuperar enzimas de interesse comercial

Abstract

Resumo: As enzimas produzidas por fungos filamentosos do gênero Aspergillus apresentam um grande potencial para a agroindústria podendo ser utilizadas como aditivos alimentares em rações para animais com o objetivo de melhorar o aproveitamento de nutrientes complexos. No presente trabalho foram determinadas as condições de aeração e umidade para a fermentação em estado sólido em biorreatores de 2 e 10 kg de capacidade. Utilizou-se extração e ultrafiltração para obter um complexo enzimático formado por fitases, xilanases e pectinases. Os resultados obtidos indicam que um teor inicial de umidade de 60%, uma intensidade da aeração de 1 VkgM em base umida são as melhores condições para fermentar o meio sólido a base de polpa cítrica na produção de fitases (65 U g-1), xilanases (65 U g-1) e pectinases (250 U g-1). Foi realizada a análise respirométrica para determinar os parâmetros cinéticos desse bioprocesso. Também foi estimado o calor metabólico desta fermentação. Comprovou-se que o critério assumido para a udança de escala foi válido. No estudo de extração, a água se revelou o melhor solvente para extração dessas enzimas. A adição de EDTA contribuiu para melhor estabilidade à temperatura ambiente. O pH de 5,0 e uma agitação de 500 rpm foram as melhores condições físicas para extrair as enzimas do material fermentado. Foram determinadas as constantes cinéticas do processo de extração para cada enzima e proteínas totais extraídas. No estudo da extração sucessiva por etapas foi determinado a quantidade total das enzimas produzidas e observou-se que as aplicações de duas etapas de extração equivalem a duas fermentações submersas. No processo de concentração do extrato enzimático por ultrafiltração foi determinado o comportamento do fluxo do permeado, as concentrações finais e a atividade específica. Foi observado igualmente um incremento na atividade das xilanases e as pectinases, mas não para as fitases durante a fase de concentração. A adição de glicerol permitiu às três enzimas um incremento na atividade original do extrato. A formulação com glicerol 35% (v:v) permitiu uma melhor conservação das enzimas a 4 e 29°C respectivamente. Esta formulação permitiu reter acima de 80% com respeito da atividade inicial em ambas as formulações após 8 semanas.

Abstract: The enzymes produced by filamentous fungus of Aspergillus gender present a great potential for the agribusiness since they can be used as foodstuffs for animals with the objective of improving the rogress of complex nutrients. In the present work, the aeration conditions and humidity were determined for the fermentation in solid state in bioreactors from 2 to 10 kg of capacity. Extraction and ultra-filtration were used to obtain an enzymatic compound formed by phytases, xylanases and pectinases. The obtained results indicate that an initial value of humidity of 60% and an intensity ofthe aeration of 1 VkgM in a humid base are the best conditions to ferment the solid medium over the basis of citric pulp in the production of phytases (65 U g-1), xylanases (65 U g-1) and pectinases (250 U g-1).. It was also achieved a respirometric analysis to determine the kinetic parameters of that bio-process. It was estimated, as well, the metabolic heat of this fermentation. It was also was proven that the assumed criterion for the scale change was valid. In the study of extraction with water, this was revealed as the best solvent for the extraction of those enzymes. The addition of EDTA contributed to the better stability at room temperature. A pH of 5,0 and an agitation of 500 rpm were the best physical conditions to extract the enzymes from the fermented material. It were determined the kinetic constants of the extraction process for each enzyme and the total of the extracted proteins. In the study of the successive extraction by stages, it was determined the total amount of the produced enzymes and it was observed that the application of two extraction stages represents two submerged fermentations. In the process of concentration of the enzymatic extract by ultrafiltration, It was determined the behaviour of the flow of the permeated, the final concentrations and the specific activity. Likewise, It was observed an increase in the activity of the xylanases and the pectinases, but not in the fitases during the concentration phase. The addition of glycerol allowed to the three enzymes an increase in the original activity of the extract. A formulation with 35% glicerol (v:v) allowed a better conservation of the enzymes to 4 and 29°C respectively. Both formulations retain above 80% of initial activity after 8 weeks.