Desenvolvimento tecnológico para produção e recuperação de bioaromas com características frutais por ceratocystis fimbriata cultivado sobre resíduos sólidos da agroindústria do café

Abstract

Resumo: A agroindústria do café gera subprodutos como a casca de café em grandes quantidades. Esses resíduos constituem um grave problema ambiental uma vez que são pouco aproveitados. Neste trabalho foram testados resíduos da agroindústria do café com o objetivo de produzir aromas com características frutais via fermentação no estado sólido (FES). A produção de aromas por FES foi estudada em diferentes sistemas. Na fase inicial do trabalho, o fungo Ceratocystis fimbriata foi cultivado em sistema estático sem aeração em frascos Erlenmeyer de 250 mL. Este estudo possibilitou a seleção do melhor substrato e da melhor cepa. Numa etapa seguinte, foram otimizadas as variáveis do processo como umidade, pH, adição de glucose e complementação com solução salina. A otimização das variáveis físicas e nutricionais do processo foi realizada através de uma técnica baseada no emprego de planejamento de experimentos. A produção de aromas em sistema aerado tipo colunas de fermentação foi estudada através do cultivo do fungo sob distintas taxas de aeração. Um biorreator cilíndrico tipo tambor horizontal projetado e desenvolvido no Laboratório de Processos Biotecnológicos foi utilizado para produção de aromas em escala semi-piloto por Ceratocystis fimbriata em FES. A casca de café mostrou-se um substrato sólido adequado para a produção de aromas frutais. O melhor resultado foi obtido no cultivo de C. fimbriata em casca de café suplementada com 30% de glucose ou equivalente de solução de melaço de cana-de-açúcar, com 65% de umidade inicial e pH igual a 6,0. Foram detectados doze compostos através da análise do "headspace" por cromatografia gasosa. Identificaram-se nove compostos entre os quais etanol, acetaldeído, acetato de etila e isoamil acetato. A maior concentração de voláteis totais obtida em colunas foi 32 µmol/L/ gMS. Em experimentos no biorreator atingiu-se a concentração de 145 µmol/L/ gMS. Acetato de etila foi o composto detectado em maior quantidade. A sua presença e a de outros ésteres caracterizaram o aroma frutal dos cultivos. Estudos através da análise respirométrica do microrganismo revelaram que a produção de voláteis é parcialmente associado ao crescimento microbiano. Os compostos voláteis produzidos foram recuperados utilizando diferentes técnicas. Realizou-se a adsorção em carvão ativado e em resinas Amberlite XAD2 e Tenax durante a fermentação em colunas. O melhor resultado referente à recuperação dos voláteis foi obtido com a resina Tenax, com a qual recuperouse 67,2 µmol/L/h de voláteis totais. Com a condensação direta dos voláteis em "trap" criogênico, recuperou-se 1095,51 µmol/L/h. Com a técnica de recuperação de voláteis microencapsulados por secagem em "spray-drier" obteve-se uma concentração de 8,29 µmol/L.

Abstract: Coffee husk is an agro-industrial residue of the brazilian agriculture industrialization of coffee. This residue constitue a serious environmental problem due of its inefficient uitlization. In this work, the production of fruity aromas by Ceratocystis fimbriata in solid state fermentation, using coffee husk as substrate, was studied. The results showed the feasibility of using coffee husk as substrate to produce fruity aroma. In order to test the influence of the process parameters on the culture to produce volatile metabolites, statistical experimental designs were performed. The parameters studied were pH, addition of glucose, initial water content and salt solution. At the beggining, the experiments were performed in Erlenmeyer flasks filled with coffee husk at 30 °C, with 30% of glucose, 65% of initial water content and pH 6.0. Twelve compounds have been separated by gas chromatography headspace analysis and nine were identified, among them: ethanol, acetaldehyde, ethyl acetate and isoamyl acetate. The major volatile compound in the headspace was ethyl acetate. Total volatiles concentration reached 32 µmol/L/g. Using the bioreactor, the concentration was 145 µmol/L/g. Ceratocystis fimbriata cultivated on coffee husk displayed a fruity odour due to the production of considerable amounts of isoamyl acetate and ethyl acetate. It was observed a relation between the respirometric activity of Ceratocystis fimbriata and the volatiles production. The volatiles metabolites released by the culture columns containing coffee husk, were trapped on adsorbent tubes packed with activated carbon, Amberlite XAD2 and Tenax. The total amount of volatiles recuperated by adsorption reached a concentration of 67.2 µmol/L/h using Tenax. Using a criogenic trap for directed condensation of the volatile compounds, 1095.51 µmol/L/h of volatile compounds were obtained. The maximum concentration of total volatile by microencapsulation was 8.29 µmol/L.