Produção e avaliação das aplicações de enzimas quitinolíticas e queratinolíticas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Glucoamilases mutantes termoestáveis do fungo Aspergillus awamori expressas em levedura Saccharomyces cerevisiae: Sequenciamento do gene, produção e purificação das enzimas obtidas por fermentação submersa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Produção e avaliação da estabilidade de enzimas fúngicas

As enzimas estão presentes em todas as células vivas, onde exercem a função de catalisadores das reações que compõem as vias catabólicas e anabólicas do metabolismo celular. Esses biocatalisadores são moléculas de proteínas e seu poder catalítico está associado à conformação nativa, que depende de condições específicas de pH, temperatura e força iônica do meio. Os micro-organismos são bastante atrativos para a indústria, pois possibilitam a produção de enzimas por processos fermentativos em larga escala com regularidade necessária e simplicidade na requisição nutricional. Assim, embora alguns biocatalisadores sejam extraídos de tecidos animais e vegetais, as enzimas industriais são, em sua maior parte, obtidas a partir de micro-organismos. Este trabalho teve como objetivo a produção das enzimas lipase e β-glucanase a partir dos fungos Aspergillus niger e Trichoderma reesei, respectivamente, em diferentes meios de cultura, para determinar as condições de maior produção da enzima em questão. As enzimas produzidas em agitador orbital foram obtidas a partir da filtração do produto da fermentação, precipitação com sulfato de amônio e liofilização. Após a produção e precipitação a atividade das enzimas e a concentração de proteínas foram quantificadas, os parâmetros cinéticos foram determinados frente a diferentes pHs, temperaturas e força iônica do meio. A lipase apresentou melhor atividade a 30°C e em pH 6,0. A presença dos íons Mg2+ e Zn2+ levaram a um aumento na atividade da enzima. A β-glucanase apresentou maiores atividades quando submetidas a 37°C e pH 5,0. Os íons Mg2+, Cu2+ e Ca2+ induziram melhor a atividade enzimática.

Isolamento e produção de agentes de controlo biológico das principais doenças de pós-colheita, em citrinos e pomóideas

Potenciais agentes de biocontrolo foram isolados a partir da microbiota epifítica de folhas e frutos, de citrinos e pomóideas, de diferentes pomares, durante diferentes campanhas e de distintas condições de armazenamento. A atividade antagonista de 1465 microrganismos isolados foi testada em ensaios in vivo em pomóideas face a Penicillium expansum (104 esporos/ml) e em citrinos face a P. digitatum (105 esporos/ml) em frutos feridos e inoculados artificialmente. Aproximadamente 7,6% dos isolados reduziu a severidade (diâmetro da podridão) e a incidência (% podres) em mais de 25%, menos de 3% reduziu ambos os parâmetros em mais de 50%, mas apenas 4 microrganismos preencheram os critérios de seleção, redução da incidência e severidade em mais de 75%. Dos 4 e pelos resultados obtidos em ensaios de seleção secundária e de determinação da concentração mínima eficaz, destacaram-se e selecionaram-se 2 microrganismos, uma bactéria isolada de laranjas „Valencia late‟ e identificada como pertencente ao grupo das Enterobactérias, Pantoea agglomerans PCB-1 e uma levedura isolada a partir da superfície de maças 'Bravo de Esmolfe' identificada como Metschnikowia andauensis PBC-2, com o objetivo de usar dois modelos distintos de agentes de biocontrol, uma bactéria e uma levedura. P. agglomerans é um agente de biocontrolo já conhecido. A estirpe PBC-1 isolada neste trabalho mostrou ter elevada eficácia face aos principais agentes patogénicos na póscolheita de citrinos e pomóideas. M. andauensis é uma levedura recentemente descoberta e a estirpe PBC-2 diz respeito à primeira referência desta espécie como agente de biocontrolo, a qual foi recentemente objeto de concessão de Patente de Invenção Nacional nº 105210, como uma nova estirpe desta espécie para uso como agente de biocontrolo das doenças de póscolheita de frutos. A concentração mínima eficaz dos antagonistas revelou estar dentro dos limites para o seu desenvolvimento comercial. M. andauensis PBC-2 quando aplicada à concentração de 5×106 ufc/ml, permitiu uma redução da incidência e da severidade de 62 e 70%, respetivamente, e quando aplicada a 1×107 ufc/ml, uma redução de 90% de incidência e de 95% de severidade. P. agglomerans PBC-1 aplicada a 1 × 108 ufc/ml em maçãs e em citrinos no controlo de P. expansum e P. digitatum, respetivamente, propiciaram uma redução significativa de cerca de 86% de cada um dos agentes patogénicos. O espectro de ação de M. andauensis PBC-2 foi avaliado, verificando-se o controlo efetivo face a Rhizopus stolonifer, P. expansum e Botritys cinerea, em pera 'Rocha' e em diferentes cultivares de maçã e contra P. digitatum e Penicillium italicum em clementinas e laranjas de diferentes cultivares. Durante 4 épocas, a eficácia de M. andauensis PBC-2, foi avaliada e comparada com o fungicida sintético mais usado comercialmente, Imazalil, em ensaios semicomerciais. Os resultados assemelharam-se aos obtidos com o fungicida, a redução da incidência do bolor azul foi de 90% em maças armazenadas durante 3 meses a 1±0.5 ºC, seguido de 7 dias à temperatura ambiente, para simular o tempo de prateleira. Em ensaios do estudo da dinâmica populacional, verificou-se que o agente de biocontrolo M. andauensis PBC-2 tem uma excelente capacidade colonizadora e que consegue crescer e sobreviver nas feridas, mas também na superfície dos frutos, armazenados à temperatura ambiente e em condições de frio. Pelo contrário, M. andauensis PBC- não apresentou capacidade de sobrevivência no suco gástrico simulado, começando a população a diminuir imediatamente após exposição e passadas 48 h não restava população viável. Diferentes meios de cultura usualmente descritos na produção de leveduras foram testados na produção de M. andauensis PBC-2. Aquele que apresentou a maior população viável ao fim de 40 h de incubação foi o meio YPD, entretanto escolhido para estudos posteriores. O pH mais favorável ao crescimento foi de 6,5, não se observando diferenças significativas entre os crescimentos a 25 e 30 ºC. Estudou-se ainda o efeito da concentração das duas fontes de azoto do meio YPD e elegeu-se a combinação de 10 g/l de extrato de levedura e 20 g/l de peptona. Nos estudos de produção de biomassa dos dois potenciais agentes de biocontrolo, analisou-se o efeito da sacarose, frutose e glucose, como fontes de carbono e otimizou-se a concentração destes açúcares no crescimento em Erlenmeyer. Após 20 h de incubação a população viável de P. agglomerans PBC-1 atingiu 3.9×109, 1.5×109, 3.9×109 ufc/ml, respetivamente. No caso de M. andauensis PBC-2, foi obtida a população de 1.2×108, 5.3×108 e 1,3×108 ufc/ml, com glucose, sacarose e frutose, após 40 h. Os resultados permitem concluir que os dois agentes têm capacidade de metabolizar os açúcares testados, contudo e atendendo à produtividade de biomassa, rendimento, disponibilidade e custo, optou-se por usar a sacarose como fonte de carbono nos restantes ensaios, nomeadamente na transição de Erlenmeyer para reator biológico. Na produção de P. agglomerans PBC-1 escolheu-se o meio SAC (5 g/l sacarose e 5 g/l extrato de levedura). O meio YPS (12.5g/l sacarose, 10 g/l extrato de levedura, 20 g/l peptona) foi usado no aumento de escala de M. andauensis PBC-2. A otimização da produção em reator biológico de P. agglomerans PCB-1 foi realizada submetendo o microrganismo a diferentes condições hidrodinâmicas, testando-se arejamentos, dois tipos de turbina (hélice; rusthon) e dispersores (poroso, em L). Foram igualmente estudados, o efeito da concentração inicial do inoculo e a adição programada da fonte de carbono. Embora tenham sido testadas diferentes variações, o perfil dos diferentes parâmetros analisados foi idêntico, a população máxima viável foi de 3-5×109 ufc/ml. A diferença mais notória foi observada na fermentação com concentração inicial de 107 cfu/ml, que permitiu encurtar em cinco horas a fase lag, o que pode significar uma redução de tempo de fermentação, e consequentemente uma redução de custos. Visando a produção de biomassa a baixo custo, fator importante na implementação de um sistema de controlo biológico, estudou-se a possibilidade de utilizar subprodutos e resíduos da indústria alimentar no crescimento dos agentes de biocontrolo. Subprodutos da indústria de alfarroba e subprodutos e resíduos da indústria de sumos de citrinos foram utilizados na produção de P. agglomerans PBC-1 e de M. andauensis PBC-2, respetivamente. Desta forma, para além de uma redução dos custos de produção, pretendeu-se a valorização de um subproduto (no caso de alfarroba e do bagaço de citrinos) e mitigar os efeitos nefastos de um resíduo (licor), com elevada carga poluente, que gera graves problemas ambientais e que pode ditar o encerramento desta unidade industrial, com efeitos devastadores para a economia local. Realizaram-se extrações de subprodutos da indústria de alfarroba, a diferentes razões sólido/líquido, tempos e temperaturas, de forma a maximizar a extração de açúcares. A potencialidade de utilizar o extrato de açúcares obtido, na produção de P. agglomerans PBC-1 foi avaliada, em ensaios de crescimento em Erlenmeyer, com consequente transição para reator mecanicamente agitado. Os perfis de crescimento da cultura crescida com subprodutos da indústria de alfarroba assemelharam-se aos observados com sacarose como fonte de carbono. A biomassa viável produzida com subprodutos da indústria de alfarroba, foi de 4- 7×109 ufc/ml, o que permite concluir que é uma alternativa viável à produção deste microrganismo. A produção de M. andauensis PBC-2 com subprodutos da indústria de sumos de citrinos, foi estudada em Erlenmeyer tendo como objetivo conhecer os perfis de crescimento do microrganismo, bem como, estudar a melhor combinação desta fonte de carbono e sua concentração. O bagaço de citrinos e um resíduo líquido, que se denominou de licor, foram testados com resultados comparáveis à produção obtida com meio usado como standard, (YPS), sem comprometer a atividade antagonista do agente de biocontrolo. Posteriormente, foi realizada a produção em reator mecanicamente agitado, escolhendo-se para tal o meio YL (10 g/l extrato de levedura e licor à concentração de açúcares de 12.5 g/l). Os parâmetros de crescimento da cultura foram semelhantes aos obtidos com a fonte de carbono comercial. Após aproximadamente 40 h de incubação, a população viável de M. andauensis PCB-2 atingiu 3.1×108 ufc/ml. A produtividade de biomassa e rendimento foi de 0.435 g/l.h e 1.502 g/g, respetivamente, comparável a produtividade de biomassa (0.432 g/l.h) e rendimento (1.4416 g/g) observado no meio YPS. Os resultados obtidos, são uma base sólida para o aumento de escala a um nível laboratorial e semi-industrial, permitiram concluir que é exequível produzir M. andauensis a baixo custo e representam uma possível alternativa para um resíduo. Em estudos dos possíveis modos de ação, de M. andauensis PBC-2, conclui-se que, este agente de biocontrolo, não tem como modos de ação a produção de antibióticos ou de voláteis, uma vez que, não se verificou inibição do crescimento dos agentes patogénicos. A competição por ferro e a produção de enzimas líticas por M. andauensis PBC-2 foi estudada em meios com diferentes concentrações de ferro e em um meio de cultura, com paredes celulares de fungos, como única fonte de carbono. Os resultados obtidos neste estudo sugerem que a produção e secreção de enzimas líticas não é o principal ou o mais importante modo de ação do agente de controlo biológico PBC-2, uma vez que a produção de quitinase observada ao 5 e 7º dia de incubação foi muito baixa, e não foi observada a produção de β-1,3- glucanases e proteases.

Estudo da influência de pré-tratamentos de dois resíduos lignocelulósicos (bagaço do pedúnculo de caju e casca de coco) utilizados como substrato na indução à síntese de enzimas celulolíticas

Nowadays generation ethanol second, that t is obtained from fermentation of sugars of hydrolyses of cellulose, is gaining attention worldwide as a viable alternative to petroleum mainly for being a renewable resource. The increase of first generation ethanol production i.e. that obtained from sugar-cane molasses could lead to a reduction of lands sustainable for crops and food production. However, second generation ethanol needs technologic pathway for reduce the bottlenecks as production of enzymes to hydrolysis the cellulose to glucose i.e. the cellulases as well as the development of efficient biomass pretreatment and of low-cost. In this work Trichoderma reesei ATCC 2768 was cultivated under submerged fermentation to produce cellulases using as substrates waste of lignocellulosic material such as cashew apple bagasse as well as coconut bagasse with and without pretreatment. For pretreatment the bagasses were treated with 1 M NaOH and by explosion at high pressure. Enzyme production was carried out in shaker (temperature of 27ºC, 150 rpm and initial medium pH of 4.8). Results showed that T.reesei ATCC 2768 showed the higher cellulase production when the cashew apple bagasse was treated with 1M NaOH (2.160 UI/mL of CMCase and 0.215 UI/mL of FPase), in which the conversion of cellulose, in terms of total reducing sugars, was of 98.38%, when compared to pretreatment by explosion at high pressure (0.853 UI/mL of CMCase and 0.172 UI/mL of Fpase) showing a conversion of 47.39% of total reducing sugars. Cellulase production is lower for the medium containing coconut bagasse treated with 1M NaOH (0.480 UI/mL of CMcase and 0.073 UI/mL of FPase), giving a conversion of 49.5% in terms of total reducing sugars. Cashew apple bagasse without pretreatment showed cellulase activities lower (0.535 UI/mL of CMCase and 0,152 UI/mL of FPase) then pretreated bagasse while the coconut bagasse without pretreatment did not show any enzymatic activity. Maximum cell concentration was obtained using cashew nut bagasse as well as coconut shell bagasse treated with 1M NaOH, with 2.92 g/L and 1.97 g/L, respectively. These were higher than for the experiments in which the substrates were treated by explosion at high pressure, 1.93 g/L and 1.17 g/L. Cashew apple is a potential inducer for cellulolytic enzymes synthysis showing better results than coconut bagasse. Pretreatment improves the process for the cellulolytic enzyme production

Estudo do mecanismo de produção de oligossacarídeos com atividades nutracêuticas a partir da quitosana por hidrólise enzimática com processo fermentativo simultâneo

The obtaining of the oligosaccharides from chitosanase, has showed interest of the pharmaceutical area in the last years due their countless functional properties. Although, the great challenge founded out is how to keep a constant and efficient production. The alternative proposed by this present work was to study the viability to develop an integrated technology, with reduced costs. The strategy used was the obtaining of the oligomers through enzymatic hydrolysis using chitosanolitic enzymes obtained straight from the fermented broth, eliminating this way the phases involved in the enzymes purification. The two chitosanases producing strains chosen for the work, Paenibacillus chitinolyticus and Paenibacillus ehimensis, were evaluated according to the behavior in the culture medium with simple sugar and in relation to the pH medium variations. The culture medium for the chitosanases induction and production was developed through addition of soluble chitosan as carbon source. The soluble chitosan was obtained using hydrochloric acid solution 0.1 M and afterwards neutralization with NaOH 10 M. The enzymatic complexes were obtained from induction process in culture medium with 0.2% of soluble chitosan. The enzymes production was verified soon after the consumption of the simple sugars by the microorganisms and the maximum chitosanolitic activity obtained in the fermented broth by Paenibacillus chitinolyticus was 249 U.L-1 and by Paenibacillus ehimensis was 495U.L-1. These two enzymatic complexes showed stability when stored at 20°C for about 91 days. The enzymes in the fermented broth by Paenibacillus chitinolyticus, when exposed at temperature of 55°C and pH 6.0, where the activity is maximum, showed 50% lost of activity after 3 hours Meanwhile, for the complex produced by Paenibacillus ehimensis, after 6 days of exposure, it was detected 100% of the activity. The chito-oligosaccharides obtained by the hydrolysis of a 1% chitosan solution, using the enzymatic complex produced by Paenibacillus chitinolyticus showed larger quantity after 9 hours hydrolysis and using the complex produced by Paenibacillus ehimensis after 20 minutes was observed the chito-ligosacharides with polymerization degree between 3 and 6 units. Evaluating these results, it was verified that the production of chitosan-oligosaccharides is possible, using a simultaneous process

Prospecção de enzimas de degradação de materials vegetal em fungos endofíticos

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Produção de lipase por fermentação em estado sólido em biorreator de leito fixo

Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos - IBILCE

Utilização de enzimas produzidas por Trichoderma reesei E Aspergillus niger na extração de óleos essenciais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Complexo xilanolítico de Penicillium sclerotiorum: produção, purificação e caracterização de xilanases e de ß-xilosidases

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

Produção de xilanase e xilosidase por Aspergillus versicolor

Os fungos são microrganismos heterótrofos e desenvolvem-se bem sobre os mais variados substratos orgânicos. O fungo filamentoso Aspergillus versicolor foi utilizado nesse trabalho para a produção das enzimas xilanase e xilosidase. Essas enzimas são importante para algumas indústrias tais como: indústria de papel, sucos e cervejarias. Os esporos e conídios foram obtidos em meio sólido ágar-aveia e foram inóculados em meio líquido, nos quais as fontes de carbono foram xilana, pó sabugo de milho e pó bagaço de cana-de-açúcar. Houve uma maior produção de proteínas no meio intracelular (0,21 mg/mL) em relação ao meio extracelular (0,0171 mg/mL). A atividade da enzima xilanase foi maior no meio extracelular (0,177 U/mL) e em relação a enzima xilosidase foi maior no meio intracelular (0,034 U/mL). Foi possível mostrar através da cromatografia ascendente em sílica gel os produtos hidrolíticos formados. Também foi avaliado as diferenças nos perfis protéicos das amostras contendo as enzimas extracelulares e intracelulares. A boa atividade de xilosidade obtida do micélio traz perspectivas para estudos de imobilização multipontual em suportes sólidos objetivando a produção de xilose

Produção de polpa solúvel a partir de Eucalyptus urograndis

The wood of the gender Eucalyptus occupies a prominence place in relation to other cellulose sources, due to its chemical composition, its low cost, abundance and availability. The dissolving pulp obtaining occurs basically starting from three stages: prehydrolysis of the wood following by cooking and finally by the bleaching process. In the dissolving pulp production is necessary a pretreatment stage for the hemicelluloses removal. Among the chemical cooking processes, the Kraft process is the most used for cellulosic pulps production starting from eucalyptus, in the additive presence or not. The anthraquinone uses in the pulping process has as main purposes increasing the delignification rate as well as protecting the pulp regarding the degradation of the polysaccharide chains. The ECF bleaching process consists of the purification of the pulp through bleaching agents, being excepted the elementary chlorine. The dissolving pulp is a pulp of high a-cellulose content and purity destined to the cellulose derivatives production as carboxymethyl cellulose, nitrocellulose and microcrystalline cellulose. The production of a certain product, as well as its final application, is determined by the chemical properties of the pulp. The present work had as purpose producing cellulosic pulp with kappa number around 9 destined to the production of dissolving pulp in way to evaluate the use of the anthraquinone (AQ) in the Kraft process according to the chemical properties of the obtained pulps. It has been still intended developing an effective technology of bleaching for the high purity and quality dissolving pulp production. The prehydrolysis was accomplished in laboratory rotational autoclave for 30 minutes at 170ºC in the water:wood rate 3,5:1 (L:kg). The Kraft/AQ pulping were accomplished in laboratory rotational autoclave being initially modified the active alkali load (10, 13, 16 and 19%) at sulfidity of 25% ...

Produção e caracterização de a-L-arabinofuranosidase de Penicillium janczewskii

A xilana, o segundo principal componente da parede celular vegetal, pertence ao grupo das hemiceluloses, sendo composta por diferentes carboidratos, principalmente xilose e arabinose. Na natureza, devido a sua heterogeneidade estrutural, este complexo polissacarídeo é completamente hidrolisado pela ação sinergística de diferentes enzimas, incluindo xilanases e β-xilosidases, responsáveis pela degradação da sua cadeia principal e outras enzimas chamadas auxiliares ou desramificantes, importantes para remoção dos grupos laterais. Dentre estas últimas, destacam-se as α-L-arabinofuranosidases, enzimas responsáveis pela remoção de resíduos L-arabinofuranosil do polímero. As arabinofuranosidases podem ser produzidas por micro-organismos, como bactérias e fungos, sendo essencialmente enzimas extracelulares. Fungos, especialmente os de solo e madeira, têm sido utilizados para produção de enzimas xilanolíticas, sendo particularmente interessantes do ponto de vista industrial, pelo fato de secretarem suas enzimas diretamente no meio em que se encontram não necessitando de ruptura celular para a liberação das mesmas. Além disso, apresentam níveis de produção mais elevados que os obtidos em culturas bacterianas ou de leveduras. A crescente preocupação com a escassez dos recursos naturais e com a degradação ambiental tem levado à busca por tecnologias mais eficientes, mais competitivas e menos poluentes. Atualmente, muitos processos industriais empregam enzimas microbianas, apresentando inúmeras vantagens em relação às técnicas convencionais. As α-L-arabinofuranosidases podem ser utilizadas individualmente ou em combinação com outras enzimas, representando uma ferramenta promissora para aplicação em diversos processos biotecnológicos como no branqueamento da polpa celulósica, na síntese de oligossacarídeos, na produção de etanol de segunda geração, ou ainda...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Produção de fitase por Rhizopus microsporus var. microsporus: purificação, caracterização bioquímica e aplicação

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Análise do potencial de micro-organismos dos gêneros Lectthophora e Cryptococcus para a produção de biocumbustíveis

A busca de novas fontes de energia tem sido estimulada pela demanda crescente do mercado e o bioetanol é uma alternativa promissora para esta questão. A produção de etanol a partir de resíduos agroindustriais lignocelulósicos está sendo pesquisada em vários laboratórios do Brasil e do exterior. Os resíduos da agroindústria são formados, em grande parte, por fibra vegetal lignocelulósica, a qual é altamente resistente à degradação, dificultando a conversão dos componentes a monossacarídeos fermentescíveis. Desta forma, a prospecção de micro-organismos que viabilizem a conversão de material lignocelulósico em etanol tem aumentado consideravelmente. Sendo assim, o estudo de micro-organismos associados às formigas cortadeiras, os quais são adaptados ao uso da biomassa lignocelulolítica, pode ser promissor para a descoberta de enzimas adequadas à degradação eficiente da fibra vegetal, podendo significar um passo adiante na produção do etanol de segunda geração. Neste trabalho analisamos a ação hidrolítica e a liberação de açúcares fermentescíveis por fungos dimórficos do gênero Lecythophora e de leveduras do gênero Cryptococcus sobre o material lignocelulósico. A metodologia empregada consistiu na inoculação das linhagens em diferentes resíduos da agroindústria, como bagaço de cana-de-açúcar, casca de café, casca de arroz e sabugo de milho triturado, seguida da quantificação dos açúcares redutores liberados, bem como da produção de enzimas hidrolíticas extracelulares, como endoamilase, exoamilase, pectinase, endoglucanase, exoglucanase e xilanase. O gênero Lecythophora mostrou-se melhor produtor enzimático quando comparado com o gênero Cryptococcus, ambos em meio suplementado com bagaço de cana-de-açúcar. Ainda, foi realizado o inóculo de culturas mistas das melhores linhagens pertencentes ao gênero Lecythophora. A produção enzimática constatada indicou o potencial das linhagens...