EQA - Escola de Química e Alimentos
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- ItemAplicação de campos magnéticos: uma nova abordagem para a produção de carotenoides com Rhodotorula mucilaginosa(2025) Porciúncula, Nathalia; Casarin, Thais; Santos, Lucielen Oliveira dos; Burkert, Janaina Fernandes de MedeirosRhodotorula mucilaginosa é uma levedura conhecida por sua capacidade de produzir carotenoides, pigmentos que possuem propriedades antioxidantes. Essas propriedades, possibilitam a aplicação em indústrias de alimentos, farmacêuticas e cosméticas, podendo ser utilizados principalmente como corantes naturais. Considerando que o mercado está em constante evolução, é crucial explorar alternativas para aprimorar a produção destes pigmentos. No entanto, o uso do meio YM (Yeast-Malt Extract) nesse contexto constitui uma abordagem inovadora, uma vez que não há registros na literatura de estudos que avaliem os efeitos dos campos magnéticos (CM) na biossíntese de carotenoides utilizando esse meio. O YM é amplamente reconhecido como meio padrão para o cultivo de leveduras, fornecendo os nutrientes essenciais para seu crescimento e metabolismo, o que reforça sua relevância para investigações com aplicação dos CM na produção desses metabólitos secundários. Portanto, o presente estudo teve como objetivo investigar os efeitos do CM na produção de carotenoides pela levedura Rhodotorula mucilaginosa em meio de cultivo YM. Os cultivos foram feitos em frascos agitados (500 mL) contendo 225 mL de meio YM e 10 % v/v de inóculo, pH inicial de 6,0, à 25°C por 168 h. Durante os cultivos foram avaliadas diferentes intensidades (0 e 30 mT) e tempos de aplicação do CM (0-168 h, 72-96 h e 120-144 h). A cada 24 h, foram feitas determinações de pH, concentrações de biomassa, açúcares redutores totais e carotenoides totais. Os resultados demonstram que o CM é uma ferramenta promissora para melhorar processos biotecnológicos. A maior concentração de biomassa (6,58 ± 0,23 g L-1 ) foi alcançada em 144 h com CM aplicado durante todo o cultivo. As máximas concentrações específicas (119,17 ± 7,13 μg g-1 ) e volumétrica de carotenoides (0,662 ± 0,039 mg L-1 ) foram obtidas no ensaio com aplicação de CM de 72-96 h, também em 144 h. Assim, o CM mostrou impacto positivo na produção de biomassa e carotenoides, destacando seu potencial para otimizar compostos de interesse comercial.
- ItemPurificação de xilanases de Aureobasidium pullulans CCT 1261 e sua aplicação na produção de xilo-oligossacarídeos(2021) Corrêa Junior, Luiz Cláudio Simões; Kalil, Susana Juliano; Burkert, Janaina Fernandes de MedeirosEnzimas xilanolíticas estão envolvidas na hidrólise da xilana, sendo que as principais incluem as endo-β-1,4-xilanases (xilanases) e β-xilosidases. Estas podem ser aplicadas na bioconversão de materiais lignocelulósicos em produtos de valor agregado, como xilo-oligossacarídeos (XOs). Os XOs são oligossacarídeos que apresentam atividade prebiótica, sendo obtidos preferencialmente por hidrólise enzimática. A produção de xilanases por leveduras merece destaque, pois são secretadas enzimas com alta atividade de endo-β-xilanases e baixa de βxilosidases, característica desejável para a produção de XOs. Técnicas de purificação podem ser aplicadas para separação destas enzimas, de forma a favorecer a produção de XOs pela atenuação da produção de xilose. Este trabalho teve por objetivo estabelecer um protocolo para purificação de xilanases de Aureobasidium pullulans, bem como caracterizar e aplicar o extrato enzimático purificado na produção de XOs. Os cultivos para produção da enzima foram realizados em frascos Erlenmeyer aletados com 147 mL de meio estéril (pH 7.0) contendo (g/L) farelo de arroz (61,9), extrato de levedura (1,5) e (NH4)2SO4 (3,6), além de 3 mL de inóculo. Os frascos foram mantidos sob agitação orbital (150 rpm) e a 28 °C por 72 h. As técnicas de purificação da enzima estudadas foram a precipitação com sulfato de amônio (NH4)2SO4 e etanol em diferentes concentrações, em um único estágio e de forma fracionada (dois ou mais estágios). A enzima purificada foi caracterizada em termos do pH e temperatura ótimo, efeito de íons metálicos na atividade, parâmetros cinéticos, estabilidade térmica e em relação ao pH. A produção de XOs foi realizada a 45 °C, 3 % (m/v) de xilana de faia, pH 4,5, relação enzima:substrato 200 U/g, 180 rpm, por 24 h. Nestas condições de hidrólise foi avaliado o efeito de íons Ca2+ . A purificação da xilanase por precipitação fracionada (0-20/20-60 %) com (NH4)2SO4 foi mais eficiente, com fator de purificação (FP) 10,27 vezes e recuperação da atividade enzimática de 48,6 % que a precipitação fracionada com etanol (FP = 5,54 e recuperação da atividade enzimática de 43,01 %). A xilanase purificada exibiu temperatura e pH ótimos de 50 °C e 4,5, respectivamente. A constante de Michaelis-Menten para a enzima purificada foi de 74,9 mg/mL. A adição dos sais CaCl2, ZnCl2 e FeCl3 no meio reacional promoveu o aumento da atividade, sendo que o Ca2+ (10 mmol/L) destacou-se entre os demais pois aumentou a atividade da xilanase em 44 %. A xilanase purificada com sal apresentou maior estabilidade térmica a 45 °C e pH 4,5 com meia-vida (t1/2) de 169 h. Nestas condições e na presença de íons Ca2+ (10 mmol/L) a enzima foi ainda mais estável (t1/2= 231 h). Nas reações de hidrólise os teores de XOs totais (6,7 mg/mL) e a conversão da xilana em XOs (22,3 %) não apresentaram diferenças significativas (p>0,05) entre 2 e 24 h de processo. Os hidrolisados apresentaram composição majoritária de xilobiose, xilotriose e xilose. A adição de íons Ca2+ não contribuiu para o aumento do conteúdo de XOs totais nem para maior conversão de xilana em XOs, porém o hidrolisado apresentou menor conteúdo de xilose e maior de xilobiose em 24 h.
- ItemProdução de biossurfactante por Yarrowia lipolytica utilizando fontes alternativas de carbono(2025) Silva, Helena Leivas da; Paltian, Hemily da Silva; Duarte, Susan HartwigOs biossurfactantes são moléculas de origem biológica que interagem com diferentes fluidos e que reduzem a tensão superficial devido suas porções estruturais hidrofóbica e hidrofílica. Nesse sentido, diversas pesquisas surgem com o propósito de estudar a produção de biossurfactantes por diferentes microrganismos. A levedura Yarrowia lipolytica é um microrganismo atóxico e não patogênico, tendo se mostrado promissora na produção deste composto. Porém, devido ao custo elevado de produção, principalmente atribuído ao meio de cultivo, baixa produtividade e difícil purificação, a comercialização de biossurfactantes apresenta limitações. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é produzir biossurfactante por Yarrowia lipolytica NRRL Y-1095 a partir de fontes alternativas visando dar destino correto a estes resíduos e reduzir custos com substratos, além de compará-los com meio utilizando óleo de soja. Primeiramente, foi realizado um Delineamento Composto Central (DCC 23 ) para avaliar a influência das diferentes concentrações das fontes de carbono no índice de emulsificação (IE) e na concentração de biomassa, visando definir a composição do meio de cultivo que proporcione maior produção de biossurfactante. Os meios de cultivo foram estudados com variação na concentração de óleo residual de fritura e óleo de soja entre 0 e 4% (m v -1 ), e glicerol residual entre 1 e 3% (m v -1 ). Os demais componentes do meio foram fixados: extrato de levedura (0,5 g L -1 ) e (NH4)2SO4 (10 g L -1 ). Os cultivos foram realizados a 180 rpm, 30 °C por 96 h, com acompanhamento da concentração de biomassa, consumo de glicerol, pH e IE. As melhores condições para produção foram: 3% m v -1 de glicerol residual e 4% m v -1 de óleo de fritura residual, sem adição de óleo de soja, com IE de 51,92% e concentração de biomassa de 7,72 g L -1 . Na sequência o biossurfactante foi produzido por cultivo, nas melhores condições, a 180 rpm, 30 °C por 144 h. A final o meio de cultivo livre de células foi concentrado por ultrafiltração e caracterizado, quanto aos grupos funcionais, por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), tensão superficial, e teste de tolerância frente à diferentes condições de temperatura (25, 40, 60 e 90 oC), pH (2, 4, 6, 8 e 10) e salinidade (2, 4, 6, 8 e 10% m v -1 de NaCl), com posterior simulação de aplicação do biossurfactante em água do mar contaminada por petróleo. Durante a produção do biossurfactante, foi observado IE de 58,21% e concentração de biomassa de 8,86 g L -1 em 144 h de cultivo. A tensão superficial ao final do cultivo atingiu valor igual a 42,49 mN m-1 , no teste de deslocamento de óleo formou halo de 28,5 mm de diâmetro, após 30 min. Além disso, o biossurfactante produzido se mostrou estável frente as diferentes condições estudadas. A fração permeada e retida obtidos em processo de ultrafiltração apresentaram a presença de picos em regiões características de carboidratos, proteínas e ésteres de lipídeo em análise de FTIR. Assim, a levedura Yarrowia lipolytica NRRL Y-1095 foi capaz de produzir biossurfactante com propriedades tensoativas em meio de cultivo de baixo custo.
- ItemCampos magnéticos aplicados em cultivos com Phaffia rhodozyma: avaliação do crescimento, produção de carotenoides e extração com ruptura química(2020) Silva, Pedro Garcia Pereira da; Santos, Lucielen Oliveira dos; Burkert, Janaina Fernandes de MedeirosOs carotenoides constituem um grupo de pigmentos naturais de coloração amarela, laranja e vermelha que possuem importante atividade biológica devido as suas propriedades antioxidantes. Com a crescente demanda por tais compostos para serem utilizados em produtos alimentícios, farmacêuticos, cosméticos e rações, o interesse nos carotenoides naturalmente obtidos por processos biotecnológicos vem aumentando. A levedura Phaffia rhodozyma se destaca como produtora de carotenoides, onde seu conteúdo pode ser aumentado através da estimulação da síntese com a aplicação de campos magnéticos (CM). Desta forma o objetivo deste estudo foi avaliar a influência dos campos magnéticos no cultivo de P. rhodozyma NRRL Y-17268 e o processo de extração de carotenoides por ruptura química. Primeiramente a aplicação do CM durante o cultivo do inóculo foi avaliada, sendo testadas as condições de 0 mT (controle) e 30 mT. Obteve-se aumento de 12,8% na concentração celular em 24 h no cultivo com a aplicação de CM em relação ao ensaio controle, sendo padronizada como melhor alternativa para o cultivo do inóculo. Desta forma nos ensaios posteriores o cultivo do inóculo foi feito em frascos agitados, caldo YM (yeast extract – malt extract), 25 °C, 150 rpm, 24 h, sob ação de 30 mT. Já os cultivos para a produção de carotenoides foram feitos em frascos agitados orbitalmente (500 mL) com 225 mL do meio YM, pH inicial 6,0, 10% de inóculo (108 cél mL-1), 25 ºC, 180 rpm por 168 h. Nesta etapa foram testados diferentes tempos de exposição ao CM (30 mT) ao longo de 168 h de cultivo e ensaio controle (sem a aplicação do CM). Em todos os cultivos foram determinados o pH e as concentrações de biomassa, açúcares redutores e carotenoides. Para a extração dos carotenoides da biomassa foi realizada a ruptura química das células utilizando dimetilsulfóxido (DMSO) e posteriormente a extração dos carotenoides com acetona e hexano obtendo-se os extratos carotenogênicos. Sendo que os melhores resultados de concentração de biomassa (7,23 ± 0,33 g L-1), carotenoides volumétricos (1189,81 ± 26,18 µg L-1) e produtividade em carotenoides (12,39 ± 1,11 µg L-1 h-1) foram alcançados em 96 h quando o CM foi aplicado durante todo o cultivo. Nesta condição a concentração volumétrica de carotenoides foi 42,9% maior que o ensaio controle. Após determinadas as melhores condições de cultivo foram avaliadas diferentes formas de extração por ruptura química e pré-tratamentos na biomassa para melhorar o processo de extração dos carotenoides. Nos ensaios de ruptura celular seguida de extração (3 repetições) utilizando biomassa que foi seca (24 h) e congelada (24 h) foi possível observar concentração volumétrica de carotenoides de 1620,39±59,34 µg L-1. Esses resultados nos permitem concluir que após serem definidas as melhores condições de cultivo com CM, pré-tratamento da biomassa e extração de carotenoides, foi possível reduzir o tempo total de processo em escala laboratorial em 120 h em relação a metodologia atualmente utilizada pelo grupo de pesquisa.
- ItemMaximização da produção de endo-β-1,4-xilanase por Aureobasidium pullulans CCT 1261 e aplicação do extrato enzimático na síntese de xilo-oligossacarídeos e clarificação de suco(2020) Souza, Nathiéli Bastos de; Kalil, Susana JulianoEndo-β-1,4-xilanases são enzimas capazes de hidrolisar a cadeia da xilana e produzir xilooligossacarídeos (XOs), que apresentam uma ampla gama de aplicações industriais. A maximização da produção de endo-β-1,4-xilanases por micro-organismos pode reduzir custos e fornecer uma enzima com alta capacidade catalítica, para aplicação no processo de clarificação de sucos e produção de XOs. Esse estudo teve como objetivo, maximizar a produção de endo-β-1,4-xilanases por Aureobasidium pullulans CCT 1261 utilizando casca de aveia pré-tratada como fonte de xilana, bem como a caracterização e aplicação da enzima na síntese de XOs e clarificação de suco de laranja. Primeiramente, os pré-tratamentos alcalinos e de ultrassom foram aplicados na casca de aveia, após, foi utilizada como substrato na produção de enzimas, realizada em frascos Erlenmeyer com 150 mL de meio de cultura e 2% de inóculo da levedura, incubados a 28 ºC por 120 h. A maximização da produção da endo-β-1,4-xilanase, foi realizada por Delineamento Composto Central (DCC) 24 , e os efeitos do pH (3,0-7,0), concentrações de casca de aveia pré-tratada (10-50 g/L), extrato de levedura (0,5-1,5 g/L) e KH2PO4 (0-5 g/L) foram avaliados. A atividade da endo-β-1,4-xilanase, proteínas solúveis e pH, foram medidas durante o tempo de cultivo. O efeito das ondas ultrassônicas sobre a atividade enzimática quando aplicada no extrato enzimático bruto e na xilana de madeira de faia foram avaliados, utilizando uma frequência de 20 kHz e intensidade de 0,5 a 7 W/mL, durante o período de 1, 3 e 5 min. A precipitação fracionada de sal com sulfato de amônia (0- 30%/30-60%) foi aplicado para purificação do extrato enzimático. Também foram determinados temperatura e pH ótimos, parâmetros cinéticos (Km e Vmax) e estabilidade térmica para o extrato enzimático bruto. Posteriormente a endo-β-1,4-xilanase foi aplicada na hidrólise enzimática de xilana de madeira de faia e na clarificação de suco de laranja. A produção máxima da xilanase foi obtida utilizando 50 g/L de casca de aveia pré-tratada, pH 3,0, 1,5 g/L de extrato de levedura e 5,0 g/L de KH2PO4. Após os ensaios de maximização, a atividade da endo-β-1,4- xilanase foi 6,37 vezes maior que no ensaio controle. A aplicação de ondas ultrassônicas no extrato enzimático bruto (1 W/mL por 3 min) e na xilana de madeira de faia (5 W/mL por 5 min) melhorou a atividade da endo-β-1,4-xilanase em 4,3% e 16,6%, respectivamente. A purificação enzimática pela precipitação de sal não foi possível. Quanto à caracterização do extrato bruto, observou-se uma faixa de temperatura e pH ótimos de 45 a 50 ºC e 5,0, respectivamente. A meia vida a 40 ºC foi determinada em 11 dias e valor z 4,63 ºC. O extrato enzimático bruto apresentou Vmax de 2000 U/mL e Km de 69,8 mg/mL. Durante a clarificação do suco de laranja com aplicação de endo-β-1,4-xilanase bruta, observou-se um aumento 28,3% na claridade e 5,9% do teor de açúcares redutores e redução de 23,9% na turbidez. Por aplicação do extrato enzimático bruto na hidrólise da xilana, foi observada uma concentração final de 12,9 mg/mL de XOs totais com 24 h de processo. Além disso, o uso de xilana de madeira de faia pré-tratada por ultrassom, aumentou a concentração de oligômeros em 20%. Concluindo com o estudo, que foi possível a maximização da produção de endo-β-1,4-xilanase, a caracterização do extrato enzimático bruto e a aplicação eficiente da enzima em processos de produção de XOs e clarificação de suco de laranja.