Produção, extração e purificação de Hormônio Vegetal (Ácido Gilberélico) por fermentação no estado sólido em polpa cítrica e utilização do extrato fermentado em meio de cultivo de bromélias in vitro

Abstract

Resumo: O ácido giberélico (GA3) é um importante regulador de crescimento vegetal, atuando principalmente sobre expansão e divisão celular. É produzido industrialmente por Fermentação Submersa, porém este processo já se apresenta próximo da saturação com altos custos de produção e, conseqüentemente, alto valor de venda. Sua produção através de Fermentação no Estado Sólido (FES) permite o eaproveitamento de resíduos agro-industriais, gerando um produto de custo menor. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo para a produção e purificação de GA3 por FES. Para tal, realizou-se primeiramente a escolha da cepa (quatro de Gibberella fujikuroi e uma de Fusarium moniliforme) bem como do melhor meio de produção de inoculo e do suporte/substrato (polpa cítrica, farelo de soja, bagaço de cana-de-açúcar, casca de soja e casca de café). O fungo Fusarium moniliforme LPB 03 e a polpa cítrica (PC) foram escolhidos bem como a produção do inoculo a partir de extrato de PC, sendo que a produção nestas condições foi de 5,7 g de GA3/kg de PC seca. Foram realizadas otimizações das variáveis físico-químicas do processo de produção de GA3 em frascos Erlenmeyer com posterior estudo da influência da aeração em colunas com aeração forçada. As variáveis estudadas em frascos Erlenmeyer foram temperatura, umidade inicial, granulometria do substrato, taxa de inóculo e pH, adição de fonte de carbono ou nitrogênio e sais de magnésio (MgSO4.7H2O), cobre (CuSO4.5H2O), potássio KH2PO4), ferr (FeSO4) e zinco(Zn2SO4.7H2O). Com a finalização desta otimização obteve-se um aumento de 33,3 % na produção de GA3. Para as fermentações em coluna com aeração forçada foram otimizadas as variáveis umidade e aeração. Após a realização dos planejamentos experimentais foram obtidos 0,053 g de GA3/kg de PC seca.h-1 para frascos Erlenmeyer e 0,061 g GA3/kg de PC seca.h-1. O extrato obtido da fermentação (EF) foi submetido a testes para clarificação e purificação do GA3, onde foram testados sílica C18, resina XAD 16 e diferentes tipos de carvão ativo. Os melhores resultados foram obtidos com utilizando tratamento em carvão ativo pulverizado, com 69,2% de recuperação do GA3. O EF foi testado quanto a sua estabilidade a temperatura ambiente e utilização como fonte de GA3 adicionado ao meio de crescimento de duas espécies de bromélia. O EF se apresentou bastante estável com menos de 10% de diminuição na concentração de GA3 após 110 dias de armazenamento. Os testes biológicos com bromélia apresentaram resultados próximos aos obtidos nas mesmas condições com a utilização de GA3 comercial, comprovando a eficácia do produto obtido.

Abstract: Gibberellic acid (GA3) is a natural hormone, acting as promoter and regulator of plant growth. It is industrially produced by submerged fermentation, but this process has become quite close to saturation with high production costs and hence higher sale value. Solid-State Fermentation (SSF) allows the use of agro-industrial residues reducing the production costs. The objective was to develop a process for the production and purification of GA3 by SSF. To this end, we first considered the screening of strain (four of Gibberella fujikuroi and one of Fusarium moniliforme) as well as the best inoculum preparation and substrates (citric pulp, soy bran, sugarcane bagasse, soy husk, cassava bagasse and coffee husk). The fungus Fusarium moniliforme LPB 03 and citric pulp (CP) and the production of inoculum from extract of CP were chosen and the production in these conditions was 5.7 g of GA3/kg of dry CP. Were carried out optimizations of the physico-chemical process of GA3 production in Erlenmeyer flasks with further study of the influence of aeration columns with forced aeration. The variables studied in Erlenmeyer flasks were temperature, initial moisture, particle size of substrate, inoculum rate and pH, addition of carbon or nitrogen source and magnesium salts (MgSO4.7H2O), copper (CuSO4.5H2O), potassium KH2PO4) iron (FeSO4) and zinc (Zn2SO4.7H2O). With the completion of this optimization we obtained an increase of 33.3 % in the production of GA3. Column for the fermentations with forced aeration were optimized variables moisture and aeration. After completion of the experimental design were obtained 0.053 g of GA3/ kg of dry CP.h-1 using Erlenmeyer flasks and 0.061 g of GA3/ kg of dry CP.h-1 after optimization in columns with forced aeration. The extract of the fermentation (EF) has been tested for cleansing and purification of GA3, which were tested silica C18, XAD16 resin and different types of activated carbon. The best results were obtained using a column containing activated carbon powder, 69.2% recovery of GA3 after passing through the column. The EF was tested for its stability at room temperature and use as a source of GA3 added to the growth medium of two species of bromeliad. EF appeared quite stable with less than 10% decrease in the amount of GA3 after 110 days of storage. Biological tests with bromeliad showed results similar to those obtained under the same conditions with the use of GA3 commercial, proving the effectiveness of the product.