Produção e imobilização de lipase de Wickerhamiella osmotolerans isolada de efluente agroindustrial

Abstract

Resumo: As enzimas, desempenham um papel fundamental na aceleração de reações químicas e processos metabólicos, oferecendo uma alternativa sustentável e eficaz na biotecnologia industrial. Essas moléculas apresentam uma ampla gama de aplicações, incluindo a produção de biocatalisadores altamente versáteis para catalisar uma variedade de reações químicas. A produção da enzima lipases por fermentação em estado sólido (FES), utilizando resíduos agroindustriais mostra-se uma alternativa promissora, assim como a utilização de suportes como a quitosana para imobilizar essas enzimas, melhorando sua estabilidade e minimizando a contaminação provinda da FES. Este trabalho teve por objetivo avaliar a produção de lipase microbiana de Wickerhamiella osmotolerans pela técnica de fermentação em estado sólido utilizando farelo de semente girassol, associados a resíduos agroindustriais (casca de ovo e casca de arroz), como uma alternativa de produção eficiente e sustentável de enzimas lipolíticas. Além disso, investigar a imobilização dessas enzimas em esferas de quitosana, com o intuito de aumentar sua estabilidade e eficiência catalítica. As leveduras foram isoladas do efluente bruto do abate industrial de aves utilizando ágar YPD e foi realizado a triagem para verificar a capacidade de produção de lipase, utilizando dois diferentes meios enzimáticos. As leveduras que apresentaram os melhores resultados na triagem foram submetidas a FES utilizando farelo de semente de girassol variando granulometrias, associando a resíduos agroindustriais (casca de arroz e casca de ovo), umidade do meio sólido, e com e sem adição de indutor (óleo de girassol e azeite de oliva). A lipase produzida que apresentou o melhor resultado na FES, foi extraída e imobilizada em esferas de quitosana, a qual foi reticulada em glutaraldeído 1, 2 e 3% por 1, 2 e 3 horas. Como resultado foram isoladas 39 leveduras, das quais 5 foram submetidas a FES, destas, a Wickerhamiella osmotolerans JC030 apresentou maior atividade lipolítica, e o substrato escolhido como mais viável foi o farelo de semente de girassol/casca de arroz com 60% de umidade, sem indutor (24,14 U g-1). Para a extração enzimática, o melhor extrator foi tampão fosfato de sódio 50 mM pH 7,0 associado ao surfactante tween 80 (0,4%). Após a extração, a enzima foi imobilizada em esferas de quitosana a qual foi reticulada com glutaraldeído onde foram testadas em diferentes concentrações e tempo de reticulação, sendo o melhor resultado obtido com glutaraldeído 1% em 1 hora totalizando uma eficiência de imobilização de 57.76% (88,36 U g1). A análise espectroscópica por infravermelho das esferas de quitosana revelou características típicas desse composto, com a formação da ligação C=N indicativa da reticulação com glutaraldeído. A imobilização da lipase foi confirmada pela modificação das regiões das bandas Amida I e II, sugerindo a presença da enzima. A imobilização bem-sucedida da lipase em esferas de quitosana reticulada com glutaraldeído reforça a viabilidade dessa abordagem para aplicações biotecnológicas, além de contribuem significativamente para o avanço da biotecnologia enzimática, fornecendo alternativas mais eficientes e eco-friendly para a produção de biocatalisadores

Abstract: Enzymes play a fundamental role in accelerating chemical reactions and metabolic processes, offering a sustainable and efficient alternative in industrial biotechnology. These molecules have a wide range of applications, including the production of highly versatile biocatalysts to catalyze various chemical reactions. The production of lipase enzymes by solid-state fermentation (SSF) using agro-industrial residues is a promising alternative, as is the use of supports such as chitosan to immobilize these enzymes, improving their stability and minimizing contamination from SSF. This study aimed to evaluate the production of microbial lipase from Wickerhamiella osmotolerans through solid-state fermentation using sunflower seed bran associated with agro-industrial residues (eggshell and rice husk) as an efficient and sustainable alternative for producing lipolytic enzymes. Additionally, the study investigated the immobilization of these enzymes on chitosan spheres to increase their stability and catalytic efficiency. The yeasts were isolated from the raw effluent of industrial poultry slaughter using YPD agar, and screening was performed to verify lipase production capability using two different enzyme media. The yeasts that showed the best results in the screening were subjected to SSF using sunflower seed bran with varying particle sizes, associated with agro-industrial residues (rice husk and eggshell), different moisture levels of the solid medium, and with or without the addition of an inducer (sunflower oil and olive oil). The lipase that showed the best result in SSF was extracted and immobilized on chitosan spheres cross-linked with glutaraldehyde at concentrations of 1, 2, and 3% for 1, 2, and 3 hours. As a result, 39 yeasts were isolated, of which 5 were subjected to SSF. Among these, Wickerhamiella osmotolerans JC030 showed the highest lipolytic activity, and the most viable substrate was sunflower seed bran/rice husk with 60% moisture, without an inducer (24.14 u g?¹). For enzyme extraction, the best extractor was 50 mm sodium phosphate buffer ph 7.0 associated with 0.4% tween 80 surfactant. After extraction, the enzyme was immobilized on chitosan spheres cross-linked with glutaraldehyde, tested at different concentrations and cross-linking times, with the best result obtained with 1% glutaraldehyde for 1 hour, resulting in an immobilization efficiency of 57.76% (88.36 u g?¹). Infrared spectroscopic analysis of the chitosan spheres revealed typical characteristics of this compound, with the formation of the C=N bond indicative of cross-linking with glutaraldehyde. The successful immobilization of the lipase was confirmed by the modification of the amide I and II band regions, suggesting the presence of the enzyme. The successful immobilization of lipase on glutaraldehyde cross-linked chitosan spheres reinforces the viability of this approach for biotechnological applications and significantly contributes to the advancement of enzyme biotechnology, providing more efficient and eco-friendly alternatives for biocatalyst production