Produção de enzimas celulósicas, usando resíduos industriais e seu uso como biocatalisador na produção de biocombustíveis

Dissertação mest., Engenharia Biológica, Universidade do Algarve, 2010

Produção e avaliação das aplicações de enzimas quitinolíticas e queratinolíticas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Produção de hidrolisados protéícos de penas de frango utilizando bactérias queratinolíticas.

Com o crescimento populacional, a indústria avícola tem se desenvolvido rapidamente, devido à demanda de alimentos. O seu produto possui grande aceitação no mercado mundial, em função do seu valor nutricional e por não existirem restrições culturais. Entretanto, este alimento gera grande quantidade de resíduos, dentre eles, as penas. Elas são compostas principalmente por queratina, substância de difícil degradação. Neste trabalho foram utilizadas duas bactérias queratinolíticas de resíduos da indústria avícola, para se avaliar a capacidade de degradação das mesmas. Foram produzidos hidrolisados de penas por proteólise bacteriana com ambos microrganismos: Bacillus cereus (KR16) e Chryseobacterium sp. (KR6). O crescimento das bactérias em diferentes quantidades de penas, e o fator de degradação das penas comprovaram que em até 5 % obteve-se degradação para KR6, enquanto, para a KR16, obteve-se degradação até 1%. A digestibilidade in vitro dos hidrolisados foi avaliada. Observou-se que o hidrolisado da bactéria KR6 apresentou maior digestibilidade, enquanto o de farinha de penas apresentou o menor valor. A composição de aminoácidos dos hidrolisados foi determinada, sendo observadas baixas concentrações de metionina, histidina e lisina. A partir da digestibilidade in vitro e da composição de aminoácidos, foram calculados o escore de aminoácidos corrigidos (PDCAAs), o coeficiente de eficiência protéica (PER) e o valor biológico (BV). O tratamento das penas com KR6 resultou em hidrolisados com os valores mais altos de PDCAAs, PER e BV, sugerindo que este microrganismo produz hidrolisados com propriedades nutricionais superiores aos demais.

Estudo da atividade das enzimas envolvidas na ossificação de frangos de corte normais e acometidos por discondroplasia tibial

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Seleção de isolados de Paenibacillus spp com atividade enzimática e antimicrobiana

As bactérias do gênero Paenibacillus são isolados de uma grande variedade de ambientes e tem como característica a produção e secreção de enzimas extracelulares, antimicrobianos e compostos antifúngicos inibidores de vários patógenos animais e vegetais. Os 55 isolados de 15 espécies de Paenibacillus foram testados frente a diversos substratos a fim de verificar a produção de enzimas extracelulares. Foram também testados frente a uma variedade de bactérias e fungos fitopatógenos, humanos e animais para a produção de antibióticos. Nessa triagem, P. validus, P. chibensis, P. koreensis e P. peoriae se destacaram inibindo a maioria das bactérias indicadoras. As espécies P. validus, P. chibensis e P. peoriae foram bons produtores de substancias que inibiram o crescimento de fungos, demonstrando que o gênero possui um amplo espectro de atuação. O tradicional procedimento de triagem para obterem-se novos microrganismos produtores de enzimas para fins biotecnológicos foi executado neste trabalho. As 55 linhagens foram avaliadas na sua capacidade de produzir amilase, proteases (caseinase), celulase, xantanase, xilanase, pectinase, quitinase e lipase. Os isolados se mostraram bons produtores de enzimas hidrolíticas, já que 26 apresentaram atividade xilanolítica, 17 atividade pectinolítica, 49 atividade proteolítica, 43 atividade xantanolítica, 40 atividade celulolítica, 17 atividade lipolítica, 39 atividade amilolítica em condições neutras (pH 7) e 26 atividade amilolítica em condições alcalinas (pH 10), e apenas 4 apresentaram atividade quitinolítica. Sendo assim, esses isolados são candidatos a serem utilizados como agentes biocontroladores ou podem ser explorados como produtores de antimicrobianos e de enzimas hidrolíticas de interesse.

Produção de enzimas ligninolíticas por fungos isolados de solos sob cultivo de arroz irrigado.

A proposta deste trabalho foi estudar o potencial das linhagens fúngicas, consideradas potenciais degradadoras dos herbicidas quinclorac e propanil, isoladas tanto da cultura de arroz como em sedimentos de áreas produtoras de arroz irrigado, para produção de enzimas ligninolíticas. O complexo enzimático degradador da lignina é descrito como responsável pela degradação de vários poluentes orgânicos Um método simples e rápido para a seleção de fungos com atividade ligninolítica é a utilização de corantes poliméricos. Assim, oito linhagens fúngicas foram cultivadas em meio de cultura líquido King?s B suplementado com 0,05% de Remazol Brilliant Blue R (RBBR). As mesmas linhagens foram também cultivadas em meio de cultura líquido contendo farelo de trigo como substrato, para a determinação das atividades enzimáticas lignina peroxidase, manganês peroxidase e lacases. Os resultados demonstraram padrões diferenciados quanto a produção de enzimas ligninolíticas entre as linhagens, sendo que as maiores atividades enzimáticas estiveram relacionadas à produção de lignina. O nível máximo detectado foi de 6,079U L-1 (linhagem P11SA4F), seguida de 3,332U L- 1 (linhagem P2SA6F). Das oito linhagens apenas duas (P3SA1F e P11SA2F) apresentaram descoloração do RBBR, sugerindo a sua possível aplicabilidade em estudos de biodegradação e biorremediação em áreas contaminadas com propanil e quinclorac.

Efeito da ingestão crônica de cafeína na atividade de enzimas antioxidantres, peroxidação de lipídeos e na produção de radicais livres em diferentes regiões do sistema nervoso central de ratos adultos

Estresse oxidativo é um desequilíbrio entre a geração de radicais livres e a capacidade de defesa do sistema antioxidante endógeno. Sabe-se também que o acúmulo extracelular de aminoácidos excitatórios leva a uma exacerbada estimulação de seus receptores, provocando insultos oxidativos no cérebro e pode levar a uma série de eventos que podem ser os causadores de diversas patologias como isquemia e doenças neurodegenerativas. A adenosina, ao ligar-se aos seus receptores, age como neuromoduladora da liberação desses neurotransmissores, protegendo as células contra o estresse oxidativo. Alem disso, sabe-se que a ativação de receptores de adenosina promove um aumento da atividade de enzimas antioxidantes. A Cafeína tem sua principal ação farmacológica através do antagonismo não seletivo dos receptores de adenosina, causando o bloqueio dos mesmos, e neste caso leva ao acúmulo de neurotransmissores no meio extracelular. Entretanto em altas concentrações, ela pode, por si só, ter ação antioxidante, “seqüestrando” radicais livres e, desta maneira, protegendo a célula do dano oxidativo. Por outro lado, alguns estudos demonstram que ela também pode ter ação pró-oxidante, quando em presença de altas concentrações de íons cobre e pode ter ação pró-apoptótica, via ativação da caspase 3. O objetivo deste trabalho foi a caracterização do efeito da ingestão crônica de cafeína (1g/L) por 7dias, sobre a atividade de enzimas de defesa antioxidantes (CAT, GSH-Px, SOD) em homogenato de hipocampo, cerebelo e estriado de ratos Wistar adultos. Nós também medimos a produção de radicais livres e a peroxidação de lipídeos Os resultados obtidos demonstraram que cafeína, administrada cronicamente, causa um aumento na peroxidação dos lipídeos de membranas e uma diminuição nas atividades das enzimas antioxidantes SOD e GSH-Px, nas três estruturas analisadas quando comparadas ao controle, porém não foi observada alteração na atividade da catalase. Além disso, não encontramos alteração nos níveis de produção de radicais livres. Portanto, embora alguns trabalhos demonstrem que a ingestão crônica de cafeína pode ter uma ação neuroprotetora, em nosso trabalho nós demonstramos que cafeína pode potencialmente provocar dano celular em estruturas cerebrais através da diminuição das enzimas antioxidantes. Provavelmente, esse efeito seja devido a uma diminuição da expressão e/ou número de receptores de adenosina (A1 ou A2) ou a cafeína está agindo somente como antagonista competitivo, bloqueando a ação da adenosina endógena. Outros experimentos são necessários para comprovar esta hipótese.

Produção de enzimas quitosanolíticas utilizando Paenibacillus ehimensis e Paenibacillus chitinolyticus para obtenção de quitoologossacarídeos

The acquisition of oligosaccharides from chitosan has been the subject of several studies in the pharmaceutical, biochemical, food and medical due to functional properties of these compounds. This study aimed to boost its production of chitooligosaccharides (COS) through the optimization of production and characterization of chitosanolytic enzymes secreted by microorganisms Paenibacillus chitinolyticus and Paenibacillus ehimensis, and evaluating the antioxidant potential of the products obtained. In the process of optimizing the production of chitosanase were employed strategies Fractional Factorial Experimental Design and Central Composite Rotatable Design. The results identified the chitosan, peptone and yeast extract as the components that influenced the production of chitosanase by these microorganisms. With the optimization of the culture media was possible to obtain an increase of approximately 8.1 times (from 0.043 to 0.35 U.mL U.mL-1) and 7.6 times (from 0.08 U.mL-1 to 0.61 U.mL-1) in the enzymatic activity of chitosanase produced by P. chitinolyticus and P. ehimensis respectively. Enzyme complexes showed high stability in temperature ranges between 30º and 55º C and pH between 5.0 and 9.0. Has seen the share of organic solvents, divalent ions and other chemical agents on the activity of these enzymes, demonstrating high stability of these crude complexes and dependence of Mn2+. The COS generated showed the ability of DPPH radical scavenging activity, reaching a maximum rate of scavenging of 61% and 39% when they were produced with enzymes of P. ehimensis and P. chitinolyticus respectively. The use of these enzymes in raw form might facilitate its use for industrial applications

Produção de enzimas extracelulares por Fusarium solani de maracujazeiro amarelo

Uma das principais doenças do maracujazeiro, na maioria dos estados produtores do Brasil, é a podridão do colo, causada por Fusarium solani. Pouco se sabe a respeito da fisiologia deste patógeno do maracujazeiro amarelo, principalmente quanto à produção de enzimas extracelulares. O objetivo do presente trabalho foi verificar, em meios de cultura individuais e apropriados, a produção das enzimas extracelulares amilase, lipase, celulase, proteases (caseinase e gelatinase), lacase (oxidase) e catalase por isolados de F. solani, provenientes de maracujazeiro amarelo. O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado, em esquema de dois fatores (nove isolados versus sete enzimas), com três repetições. Todos os isolados de F. solani produziram, de maneira semiquantitativa, as enzimas extracelulares amilase, lipase, celulase, caseinase (protease) e lacase (oxidase). No entanto, a quantidade produzida de cada enzima foi significativamente diferente entre os isolados. As enzimas extracelulares gelatinase (protease) e catalase foram produzidas em pouca quantidade e de maneira igual por todos os isolados do fungo.

Produção de enzimas por fungos em fermentação semi-sólida utilizando bagaço de coco e pedúnculo de caju como substratos

The production of enzymes by microorganisms using organic residues is important and it can be associated with several applications such as food and chemical industries and so on. The objective of this work is the production of CMCase, Xylanase, Avicelase and FPase enzymes by solid state fermentation (SSF) using as substrates: bagasse of coconut and dried cashew stem. The microorganisms employed are Penicillium chrysogenum and an isolated fungus from the coconut bark (Aspergillus fumigatus). Through the factorial design methodology and response surface analysis it was possible to study the influence of the humidity and pH. For Penicillium chrysogenum and the isolated fungus, the coconut bagasse was used as culture medium. In another fermentation, it was used the mixture of coconut bagasse and cashew stem. Fermentations were conducted using only the coconut bagasse as substrate in cultures with Penicillium chrysogenum fungus and the isolated one. A mixture with 50% of coconut and 50% of cashew stem was employed only for Penicillium chrysogenum fungus, the cultivation conditions were: 120 hours at 30 °C in BOD, changing humidity and pH values. In order to check the influence of the variables: humidity and pH, a 2 2 factorial experimental design was developed, and then two factors with two levels for each factor and three repetitions at the central point. The levels of the independent variables used in ascending order (-1, 0, +1), to humidity, 66%, 70.5% and 75% and pH 3, 5 and 7, respectively. The software STATISTICA TM (version 7.0, StatSoft, Inc.) was used to calculate the main effects of the variables and their interactions. The response surface methodology was used to optimize the conditions of the SSF. A chemical and a physic-chemical characterization of the coconut bagasse have determined the composition of cellulose (%) = 39.09; Hemicellulose (%) = 23.80, Total Lignin (%) = 36.22 and Pectin (%) = 1.64. To the characterization of cashew stem, the values were cellulose (g) = 15.91 Hemicellulose (%) = 16.77, Total Lignin (%) = 30.04 and Pectin (%) = 15.24. The results indicate the potential of the materials as substrate for semisolid fermentation enzyme production. The two microorganisms used are presented as good producers of cellulases. The results showed the potential of the fungus in the production of CMCase enzyme, with a maximum of 0.282 UI/mL and the Avicelase enzyme the maximum value ranged from 0.018 to 0.020 UI/ mL, using only coconut bagasse as substrate. The Penicillium chrysogenum fungus has showed the best results for CMCase = 0.294 UI/mL, FPase = 0.058 UI/mL, Avicelase = 0.010 UI/mL and Xylanase = 0.644 UI/ mL enzyme, using coconut bagasse and cashew stem as substrates. The Penicllium chrysogenum fungus showed enzymatic activities using only the coconut as substrate for CMCase = 0.233 UI/mL, FPase = 0.031 to 0.032 UI/ mL, Avicelase = 0.018 to 0.020 UI/mL and Xylanase = 0.735 UI/ mL. Thus, it can be concluded that the used organisms and substrates have offered potential for enzyme production processes in a semi-solid cultivation

Palma forrageira (Opuntia ficus indica e Nopalea cochenillifera) como matéria-prima para produção de etanol celulósico e enzimas celulolíticas

The need for new sources of energy and the concern about the environment have pushed the search for renewable energy sources such as ethanol. The use of lignocellulosic biomass as substrate appears as an important alternative because of the abundance of this raw material and for it does not compete with food production. However, the process still meets difficulties of implementation, including the cost for production of enzymes that degrade cellulose to fermentable sugars. The aim of this study was to evaluate the behavior of the species of cactus pear Opuntia ficus indica and Nopalea cochenillifera, commonly found in northeastern Brazil, as raw materials for the production of: 1) cellulosic ethanol by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process, using two different strains of Saccharomyces cerevisiae (PE-2 and LNF CA-11), and 2) cellulolytic enzymes by semi-solid state fermentation (SSSF) using the filamentous fungus Penicillium chrysogenum. Before alcoholic fermentation process, the material was conditioned and pretreated by three different strategies: alkaline hydrogen peroxide, alkaline using NaOH and acid using H2SO4 followed by alkaline delignification with NaOH. Analysis of composition, crystallinity and enzymatic digestibility were carried out with the material before and after pretreatment. In addition, scanning electron microscopy images were used to compare qualitatively the material and observe the effects of pretreatments. An experimental design 2² with triplicate at the central point was used to evaluate the influence of temperature (30, 40 and 45 °C) and the initial charge of substrate (3, 4 and 5% cellulose) in the SSF process using the material obtained through the best condition and testing both strains of S. cerevisiae, one of them flocculent (LNF CA-11). For cellulase production, the filamentous fungus P. chrysogenum was tested with N. cochenillifera in the raw condition (without pretreatment) and pretrated hydrothermically, varying the pH of the fermentative medium (3, 5 and 7). The characterization of cactus pear resulted in 31.55% cellulose, 17.12% hemicellulose and 10.25% lignin for N. cochenillifera and 34.86% cellulose, 19.97% hemicellulose and 15.72% lignin for O. ficus indica. It has also been determined, to N. cochenillifera and O. ficus indica, the content of pectin (5.44% and 5.55% of calcium pectate, respectively), extractives (26.90% and 9.69%, respectively) and ashes (5.40% and 5.95%). Pretreatment using alkaline hydrogen peroxide resulted in the best cellulose recovery results (86.16% for N. cochenillifera and 93.59% for O. ficus indica) and delignification (48.79% and 23.84% for N. cochenillifera and O. ficus indica, respectively). This pretreatment was also the only one which did not increase the crystallinity index of the samples, in the case of O. ficus indica. However, when analyzing the enzymatic digestibility of cellulose, alkali pretreatment was the one which showed the best yields and therefore it was chosen for the tests in SSF. The experiments showed higher yield of conversion of cellulose to ethanol by PE-2 strain using the pretreated N. cochenillifera (93.81%) at 40 °C using 4% initial charge of cellulose. N. cochenillifera gave better yields than O. ficus indica and PE-2 strain showed better performance than CA-11. N. cochenillifera proved to be a substrate that can be used in the SSSF for enzymes production, reaching values of 1.00 U/g of CMCase and 0.85 FPU/g. The pretreatment was not effective to increase the enzymatic activity values

Enzimas termoestáveis: fontes, produção e aplicação industrial

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação da celulase e pectinase como enzimas complementares, no processo de hidrólise-sacarificação do farelo de mandioca para produção de etanol

Neste trabalho objetivou-se avaliar o uso de enzimas complementares no processo enzimático de hidrólise e sacarificação para a produção de etanol a partir do resíduo fibroso das fecularias. Os resultados obtidos demonstraram que 63,42% do amido foram hidrolisados no tratamento em que não se utilizaram enzimas complementares. No tratamento com as duas enzimas complementares foram hidrolisados 89,55%, no tratamento com celulase 65,42% e no tratamento com pectinase 88,73%. A prensagem do resíduo após o processo de hidrólise e sacarificação mostrou-se eficiente, ficando 10,43% do total de açúcares obtidos retidos no resíduo fibroso final. Portanto, o tratamento em que se utilizou a pectinase como enzima complementar na hidrólise foi o melhor. A celulase não apresentou efeito significativo no rendimento do processo.

Produção de enzimas celulolíticas pelos fungos thermoascus aurantiacus CBMAI 756, thermomyces lanuginosus, Trichoderma reesei QM9414 e Penicillium viridicatum RFC3 e aplicação na sacarificação do bagaço de cana de açucar com diferentes pré-tratamentos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Avaliação do perfil de produção de enzimas e potencial de degradação do herbicida diuron pelos fungos isolados de solo de plantação de cana-de-açúcar

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)