Variáveis que influenciam a produção de celulases e xilanase por espécies de Aspergillus

O objetivo deste trabalho foi determinar as variáveis que influenciam a produção simultânea de celulases e xilanase por Aspergillus aculeatus URM 4953 e A. phoenicis URM 4924, com uso de bagaço de cana-de-açúcar como substrato. As variáveis avaliadas foram pH inicial, tempo de cultivo, concentração do substrato, agitação, concentração do inóculo, temperatura, tipo de bagaço de cana-de-açúcar e espécie de Aspergillus. Foi utilizado o planejamento fatorial fracionário 2(8-4), com três repetições no ponto central. Todas as variáveis analisadas influenciaram a produção de pelo menos uma das enzimas. As maiores atividades enzimáticas observadas foram: celulases totais, 0,45 UI mL-1; endoglucanase, 0,60 UI mL-1; exoglucanase, 0,17 U mL-1 ; celobiase 6,42 UI mL-1; e xilanase, 30,05 U mL-1. As melhores condições para produção das enzimas foram: pH 6,0; tempo de cultivo de 168 horas; bagaço de cana-de-açúcar residual como substrato; e A. aculeatus URM 4953, que produziu as celulases e a xilanase simultaneamente. As variáveis que influenciam a produção simultânea das celulases e xilanase são pH, tempo de cultivo, tipo de bagaço de cana-de-açúcar e espécie de Aspergillus.

Atividade enzimática e paramêtros fisico-químicos de água de cocos colhidos em diferentes estádios de desenvolvimento e estação climática

Nos últimos anos, agricultores da região noroeste do Paraná vêm cultivando o coqueiro, visando à comercialização da água do fruto verde. Na literatura, ainda são poucos os relatos sobre as características da água de coco verde na região. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar os aspectos físico-químicos e a atividade das enzimas peroxidase (POD) e polifenoloxidase (PPO) da água de coco, cv. Anão-Verde, de frutos colhidos em diferentes estádios de desenvolvimento e estações climáticas. Os frutos foram colhidos no município de Umuarama, Paraná, nas quatro estações climáticas e em cinco estádios de desenvolvimento. Foram realizadas avaliações da atividade da POD e PPO, turbidez, pH, acidez titulável (AT), compostos fenólicos e teores de minerais da água de coco. As atividades da PPO e da POD apresentaram os maiores valores no inverno, variando de 1,87 a 3,69 U mL-1 para PPO e 15,42 a 22,56 U mL-1 para POD. A turbidez variou de 10,14 a 15,16 NTU, sendo valor referente à água de coco colhido com sete meses e nove meses na primavera. A AT resultou em valores entre 0,057 e 0,113 g de ácido cítrico 100 mL-1. No inverno e na primavera, a água de coco apresentou os maiores valores de compostos fenólicos em relação às outras estações. O potássio foi o mineral presente em maior concentração em todas as amostras. Os parâmetros avaliados indicam que a água de coco produzida em Umuarama, Paraná, apresenta características bioquímicas e físico-químicas adequadas e semelhantes aos cocos produzidos em regiões tropicais.

Biochemical characterisation of lipase from a new strain of Bacillus sp. ITP-001

Lipases are characterised mainly by catalytic versatility and application in different industrial segments. The aim of this study was to biochemically characterise a lipase from a new strain of Bacillus sp. ITP-001. The isoelectric point and molecular mass were 3.12 and 54 kDa, respectively. The optima lipase activity was 276 U g-1 at pH 7.0 and a temperature of 80 ºC, showing greater stability at pH 5.0 and 37 ºC. Enzymatic activity was stimulated by various ions and pyridine, and inhibited by Cu+ and ethanol. The values of Km and v max were 105.26 mmol and 0.116 mmol min-1 g-1, respectively determined by the Eadie-Scatchard method.

Biochemical properties of Bacillus sp. ITP-001 lipase immobilized with a sol gel process

This work presents biochemical characterization of a lipase from a new strain of Bacillus sp. ITP-001, immobilized using a sol gel process (IB). The results from the biochemical characterization of IB showed increased activity for hydrolysis, with 526.63 U g-1 at pH 5.0 and 80 ºC, and thermal stability at 37 ºC. Enzymatic activity was stimulated by ions such as EDTA, Fe+3, Mn+2, Zn+2, and Ca+2, and in various organic solvents. Kinetic parameters obtained for the IB were Km = 14.62 mM, and Vmax = 0.102 mM min-1 g-1. The results of biochemical characterization revealed the improved catalytic properties of IB.

A new approach to evaluate immobilization of β-galactosidase on Eupergit® C: structural, kinetic, and thermal characterization

This study aimed to evaluate β-galactosidase immobilization. For this purpose, the ionic strength of the buffer, reaction time, amount of the immobilization support, and pH were evaluated by a central composite design. Assay 8, which consisted of 1.5 mol L-1 phosphate buffer (pH 7.5) and a reaction time of 2 h, produced the maximum yield. Eupergit® C (400 mg) was subsequently used as an immobilization support. Immobilization kinetics wereinvestigated, and a significant increase in the yield was obtained after immobilization compared with that obtained from assay 8 (22.0 U mL-1 vs. 15.6 U mL-1). The enzyme efficiency of actuation was evaluated using o-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside and lactose, with lactose providing better results. The reuse of β-galactosidase was evaluated, and more than 50% of the initial enzyme activity was maintained after five cycles of use. Enzyme characterization revealed that immobilization improved some aspects of the thermostability of β-galactosidase.

Isolation of microorganisms of cheese whey with lipolytic activity for removal of COD

The aim of this study was to isolate microorganisms that produce lipase and to assess the efficiency of COD removal intreatment of cheese whey under different operating conditions. The microorganisms were isolated from cheese whey and a commercial product; it was selectedthreemicroorganisms that obtained the best response to the lipolytic activity test through the enzyme index. Then, the microorganisms were inoculated in sterilized cheese whey samples, for two pH values (6.2 and 7.0), incubated at 35 °C and 150 rpm in shaker and the lipolityc activity and the efficiency of COD removal were measured in two time periods (24 and 48h). After incubation, it was observed that the treatments showed a good removal efficiency of COD for the pre-treatment and the isolated microorganism (S1) from the cheese whey showed the highest lipase production. Regarding the pH and time variables, there was not significant effect between the two evaluated factors. Among all treatments, T2 (S1, pH 7.0 and 24h) obtained more enzyme production (4.87 U mL-1).

Toimituskyvyn kehittäminen prosessin materiaalipuutteita hallitsemalla

Toimituskyky on yrityksen suorituskykyä kuvaava tekijä, jolla on merkittävä vaikutus asiakastyytyväisyyteen, erityisesti valmistusteollisuudessa. Toimituskyky muodostuu materiaalin saatavuudesta ja logistisen järjestelmän toimitusvarmuudesta, joten hyvä toimituskyky edellyttää materiaalipuutteiden hallintaa. Tämän diplomityön tavoitteena on esittää, miten toimituskykyä voidaan kehittää tilaus-toimitusprosessin materiaalipuutteita hallitsemalla. Tutkimus toteutettiin konstruktiivisella tutkimusotteella case-tutkimuksena havainnoimalla toimintaa case-yrityksessä sekä analysoimalla case-yrityksen kirjallista materiaalia ja arkistoja. Yrityksessä havaittuja materiaalipuutteisiin liittyviä ongelmia tarkasteltiin tilaus-toimitusprosessin näkökulmasta prosessijohtamisen ja systemaattisen ongelmanratkaisun teorioiden avulla. Tutkimuksen tuloksena laadittiin kolme käytännönläheistä ratkaisuehdotusta havaittuihin ongelmiin; (1) materiaalipuutteiden syy-seuraussuhteita kuvaavat ongelma-syy-seurausketjut, (2) materiaalipuutteiden ongelmanratkaisumalli systemaattisen ongelmanratkaisun tueksi sekä (3) visuaalinen tilaus-toimitusprosessimalli, joka painottaa osaprosessien yhteyttä koko prosessin toimituskykyyn ja toimitusvarmuuteen. Tulosten mukaan materiaalipuutteet tulisi käsittää prosessin laatuvirheinä, jotka antavat arvokasta tietoa siitä, että prosessissa on laatuongelmia. Tulosten perusteella yrityksen toimituskykyä voidaan kehittää havainnoimalla tilaus-toimitusprosessin laatuvirheitä, selvittämällä laatuvirheiden syy-seuraussuhteet systemaattisesti ongelmanratkaisumallia hyödyntäen sekä toimimalla prosessiajattelun mukaisesti tilaus-toimitusprosessin toimituskyvyn jatkuvaa parantamista tavoitellen. Tutkimusongelman tarkastelutapaa ja työn tuloksia voidaan soveltaa samankaltaisiin tapauksiin, joissa tilaus-toimitusprosessin laatuvirheet, esimerkiksi materiaalipuutteet, paljastavat kehittämistä vaativia epäkohtia prosessin toimintatavoissa. Tilaus-toimitusprosessin toimituskykyä voidaan kehittää vain, jos panostetaan ajan hallintaan ja kykyyn toimia asiakaslupausten ja sopimusten mukaisesti.

Characterization of nitrate reductase activity in vitro in Gracilaria caudata J. Agardh (Rhodophyta, Gracilariales)

The marine red alga Gracilaria caudata J. Agardh has been used in Brazil for agar extraction, mainly in the northeast region of the country. Nitrogen availability is the most important abiotic factor in seawater that limits the growth of seaweeds. The enzyme nitrate reductase (NR) is the key regulatory point in the nitrogen assimilation in photosynthetic organisms. This study describes an in vitro assay, characterizing the enzymatic activity of NR in terms of kinetic constants and stability, its oscillation during the day and glucose effect on NR modulation. Maximal peaks of NR activity were recorded at 20 ºC and pH 8.0. The enzymatic stability in crude extracts stored at 3 ± 1 ºC decreased significantly after 48 hours. Apparent Michaelis-Menten constants (K M) for NADH and nitrate were 22 µM and 3.95 mM, respectively. Gracilaria caudata NR activity showed an oscillation under light:dark photoperiod (14:10 hours LD) with 3-fold higher activity during the light phase, peaking after 10 hours of light. Under optimal assay conditions, the maximal activity was 92.9 10-3 U g-1. The addition of glucose induced the enzymatic activity during the light and dark phase, evidencing a possible modulation of this enzyme by the photosynthesis. This relationship can be explained by the need of carbon skeletons, produced by the photosynthetic process, to incorporate the intermediary metabolites of nitrate assimilatory pathway, avoiding the toxic intracellular accumulation of nitrite and ammonium. The optimization of enzymatic assay protocols for NR is essential to establish appropriate conditions to study nutritional behaviour, compare different taxonomic groups and to understand its regulatory mechanism.

Influence of season and pollution on the antioxidant defenses of the cichlid fish acará (Geophagus brasiliensis)

The livers of Geophagus brasiliensis collected from both a non-polluted site and a polluted site were analyzed for different antioxidant defenses, O2 consumption, thiobarbituric acid-reactive substance (TBARS) levels, and histological damage. Compared to controls (116.6 ± 26.1 nmol g-1), TBARS levels were enhanced at the polluted site (284.2 ± 25.6 nmol g-1), as also was oxygen consumption (86.6 ± 11.3 and 128.5 ± 9.8 µmol O2 min-1 g-1, respectively). With respect to enzymatic antioxidants, increased catalase activities (8.7 ± 1.3 and 29.2 ± 2.4 mmol min-1 g-1, respectively), unchanged superoxide dismutase activities (767.2 ± 113.3 and 563.3 ± 70.2 U g-1, respectively), and diminished glutathione S-transferase activities (29.0 ± 3.2 and 14.9 ± 3.2 µmol min-1 g-1, respectively) were detected. Reduced glutathione (1.91 ± 0.17 and 1.37 ± 0.25 mM, respectively), oxidized glutathione (1.50 ± 0.20 and 0.73 ± 0.17 mM, respectively), and total glutathione (3.40 ± 0.26 and 2.07 ± 0.27 mM, respectively) concentrations were also below control values at the polluted site. Nevertheless, the observed ethoxyresorufin-O-deethylase activities (1.34 ± 0.11 and 16.7 ± 0.21 pmol min-1 mg-1, respectively) showed enhanced values at the polluted site. The main histological damage observed in the hepatocytes from fish collected at the polluted site was characterized by heavy lipid infiltration. Fish collected at the end of spring showed higher O2 consumption, higher superoxide dismutase and glutathione S-transferase activities, and higher total and oxidized glutathione concentrations compared to the beginning of autumn. No seasonal changes were observed in catalase activities, glutathione or TBARS levels. Fish chronically exposed to relatively high pollution levels seem to be unable to set up adequate antioxidant defenses, probably due to severe injury to their hepatocytes. The higher antioxidant defenses found at the end of spring are probably related to the enhanced activities during high temperature periods in thermoconforming organisms.

Insulin secretion, insulin sensitivity, and hepatic insulin extraction in first-degree relatives of type 2 diabetic patients

To identify early metabolic abnormalities in type 2 diabetes mellitus, we measured insulin secretion, sensitivity to insulin, and hepatic insulin extraction in 48 healthy normal glucose-tolerant Brazilians, first-degree relatives of type 2 diabetic patients (FH+). Each individual was matched for sex, age, weight, and body fat distribution with a person without history of type 2 diabetes (FH-). Both groups were submitted to a hyperglycemic clamp procedure (180 mg/dl). Insulin release was evaluated in its two phases. The first was calculated as the sum of plasma insulin at 2.5, 5.0, 7.5, and 10.0 min after the beginning of glucose infusion, and the second as the mean plasma insulin level in the third hour of the clamp procedure. Insulin sensitivity index (ISI) was the mean glucose infusion rate in the third hour of the clamp experiment divided by the mean plasma insulin concentration during the same period of time. Hepatic insulin extraction was determined under fasting conditions and in the third hour of the clamp procedure as the ratio between C-peptide and plasma insulin levels. FH+ individuals did not differ from FH- individuals in terms of the following parameters [median (range)]: a) first-phase insulin secretion, 174 (116-221) vs 207 (108-277) µU/ml, b) second-phase insulin secretion, 64 (41-86) vs 53 (37-83) µU/ml, and c) ISI, 14.8 (9.0-20.8) vs 16.8 (9.0-27.0) mg kg-1 min-1/µU ml-1. Hepatic insulin extraction in FH+ subjects was similar to that of FH- ones at basal conditions (median, 0.27 vs 0.27 ng/µU) and during glucose infusion (0.15 vs 0.15 ng/µU). Normal glucose-tolerant Brazilian FH+ individuals well-matched with FH- ones did not show defects of insulin secretion, insulin sensitivity, or hepatic insulin extraction as tested by hyperglycemic clamp procedures.

Produção de amilase por rizóbios, usando farinha de pupunha como substrato

As amilases estão entre as mais importantes enzimas industriais e são de grande interesse na biotecnologia atual. Embora elas possam ser derivadas de diversas fontes, as de origem microbiana são geralmente as mais procuradas pelas indústrias. As espécies do gênero Bacillus são consideradas as principais fontes de amilases. Apesar disso, a busca por novas fontes microbianas vem crescendo em todo o mundo. O presente estudo objetivou avaliar a produção de amilase por rizóbios nativos, usando farinha de pupunha como substrato. Neste estudo, foi adotado o delineamento experimental inteiramente casualizado, com três repetições. Foram determinados ainda os coeficientes de correlação de Pearson entre as variáveis pH do meio, proteína extracelular, biomassa celular, diâmetro médio da colônia (DMC), diâmetro médio do halo (DMH), índice enzimático (IE) e atividade amilolítica das bactérias selecionadas. Dos 19 isolados com atividade amilolítica em meio YMA modificado, sete (36,8%) exibiram "IE" > 2,1, o que permite considerá-los bons produtores de amilase. Os "IE" apresentados pelos isolados INPA R-987, 950 e 915B foram significativamente inferiores (p < 0,01) aos mostrados pelas bactérias INPA R-926, 975 e 957. A atividade amilolítica variou significativamente (p < 0,01) entre as bactérias investigadas. Os isolados INPA R-975 e R-926 apresentaram, respectivamente, a maior (1,00 U.min-1.mL-1) e a menor (0,31 U.min-1.mL-1) média de atividade. Em termos gerais, a proteína extracelular correlacionou-se positivamente com "IE" (r = 0,52*; p < 0,05) e "DMH" (r = 0,55*; p < 0,05). A biomassa celular apresentou correlações positivas com atividade amilolítica (r = 0,55*; p < 0,05) e "DMH" (r = 0,54*; p < 0,05) e negativa com o pH final do meio de cultivo (r = 0,93**; p < 0,01).

Aproveitamento do resíduo de laranja para a produção de enzimas lignocelulolíticas por Pleurotus ostreatus (Jack:Fr)

Neste trabalho propomos o aproveitamento dos resíduos de laranja gerados após remoção do suco como substrato para a obtenção de enzimas hidrolíticas e oxidativas envolvidas na degradação de materiais lignocelulósicos, tais como: lacase (EC 1.10.3.2), manganês peroxidase (EC 1.11.1.14), xilanase (EC 3.2.1.8) e endo-1,4 glucanase (EC 3.2.1.4), pelo basidiomiceto Pleurotus ostreatus cultivado em estado sólido. O fungo desenvolveu-se bem no resíduo, em diferentes umidades iniciais e sem a necessidade de qualquer suplementação. O meio à base de resíduo de laranja proporcionou a obtenção de elevadas atividades de enzimas com grande potencial de uso industrial, especialmente lacase (74,3 U.g -1 substrato após 15 dias de cultivo) e manganês peroxidase (6,8 U.g -1 substrato após 30 dias de cultivo).

Otimização de um meio de cultura para a produção de proteases por um Bacillus sp. termofílico

Bacillus sp. SMIA-2 cresceu e secretou proteases quando cultivado em culturas líquidas contendo citrato trissódico como fonte de carbono e nitrato de amônio como fonte de nitrogênio. A atividade máxima da enzima foi alcançada após 8 horas de incubação do microrganismo, com níveis de 7,2 U.mg -1 proteína. A suplementação do meio com 2,0 mM de CaCl2 não proporcionou um aumento da atividade da protease, porém aumentou a sua estabilidade de 2 para 4 horas. A redução da concentração do fosfato de potássio no meio de cultura de 11,0 para 5,0 mM promoveu um acréscimo de 82% (13 U.mg -1 proteína) na atividade da protease. A substituição do nitrato de amônio presente no meio de cultura por 0,1% de soro de queijo aumentou a atividade da protease para 25 U.mg -1 proteína. Nestas condições, o tempo requerido para que a enzima atingisse seu pico de atividade máxima, que antes era de 9 horas, passou para 16 horas. A substituição do citrato trissódico do meio de cultura pela água de maceração de milho (0,5%) não só aumentou a atividade da enzima como também retardou o processo de desativação que é típico da produção de proteases. A atividade máxima da enzima obtida quando estes dois resíduos foram utilizados no meio foi 59,5 U.mg -1 proteína. Após alcançar este valor a enzima se manteve estável por mais de 20 horas o que favorece a sua produção em larga escala.

Estudo da influência de diferentes parâmetros na produção de enzimas líticas

O presente trabalho visou o estudo do efeito de diferentes variáveis na produção de β-1,3 glucanases, proteases e de quitinases pela linhagem Cellulosimicrobium cellulans 191, em meios de cultivo A, B e C, respectivamente. Foram realizados planejamentos fatoriais 2³, e os fatores estudados foram: pH inicial, temperatura e agitação dos frascos. No planejamento experimental para a produção de β-1,3 glucanase em meio de cultivo A foi verificada maior produção da enzima (0,64 U.mL-1) com pH inicial de 8,5 após 24 horas de fermentação a 33 ºC e 200 rpm. Os parâmetros pH, agitação dos frascos e interação entre todos os parâmetros foram estatisticamente significativos. No planejamento experimental para a produção de protease em meio de cultivo B foi verificada maior produção da enzima (4,25 U.mL-1) com pH inicial de 6,5 após 30 horas de fermentação a 20 ºC e 200 rpm. O pH foi o único parâmetro estatisticamente significativo. No planejamento experimental para a produção de quitinase em meio de cultivo C foi verificada maior produção da enzima (7,06 U.mL-1) com pH inicial de 5,5 após 72 horas de fermentação a 25 ºC e 200 rpm. Todos os parâmetros estudados e suas interações foram estatisticamente significativos. Os coeficientes de determinação, as análises de variância e os teste F demonstraram que os modelos de primeira ordem obtidos foram considerados estatisticamente significativos adotando um nível de confiança de 95%.

Otimização das condições de cultivo para a produção de amilases pelo termofílico Bacillus sp. e hidrólise de amidos pela ação da enzima

A otimização das condições de cultivo para a produção de α-amilase por um termofílico Bacillus sp. cepa SMIA-2 foi realizada. Além disso, a hidrólise enzimática do amido, proveniente de várias fontes tais como batata, mandioca e milho, foi também investigada. A produção de α-amilase por Bacillus sp. SMIA-2, cultivado em meio líquido contendo amido (5 g.L-1) como fonte de carbono e suplementado com 0,5 g.L-1 de proteínas do soro de leite e 2 g.L-1 de peptona, alcançou o máximo em 32 horas com níveis de 37 U.mL-1. O microrganismo foi capaz de utilizar diversas fontes de carbono, porém a atividade da amilase variou com cada fonte. O amido foi a melhor fonte de carbono para a secreção da amilase, enquanto a sacarose, lactose, maltose, galactose e glicose não foram muito efetivas. Uma redução na concentração de amido de até 2,5 g.L-1 no meio de cultura melhorou o crescimento do organismo e a atividade enzimática. Em altas concentrações de amido, a produção da enzima foi comparativamente menor. Em relação às fontes de nitrogênio orgânico e inorgânico, a peptona (2 g.L-1) foi considerada a melhor. Considerando a quantidade de proteínas do soro de leite no meio de cultivo, a concentração de 0,25 g.L-1 foi considerada a mais efetiva para a secreção da α-amilase pelo microrganismo. A produção máxima da atividade enzimática foi observada a 50 °C e pH 8,5. A enzima foi capaz de degradar todos os amidos testados. A hidrólise do amido de batata resultou num alto rendimento de açúcares redutores em comparação às outras fontes de amido. Amido solúvel e amido de mandioca ocuparam, respectivamente, a segunda e terceira posição em relação à liberação dos açúcares redutores, enquanto que a amilase estudada mostrou apenas uma ligeira afinidade pelo amido de milho. Com o aumento da temperatura da reação para 70 °C, a hidrólise dos substratos, com exceção do amido solúvel, resultou em maiores quantidades de açúcares redutores.