Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Baptista, Ana Isabel Freitas
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/71943
Resumo: Dissertação de mestrado em Biotechnology
id RCAP_27daa293e773c66db2fbb2aea5888452
oai_identifier_str oai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/71943
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applicationsBioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applicationsBioprocessosFermentação em estado sólidoHidrólise enzimáticaMacroalgasBioprocessEnzymatic hydrolysisMacroalgaeSolid-state fermentationEngenharia e Tecnologia::Biotecnologia IndustrialDissertação de mestrado em BiotechnologyA indústria de macroalgas atual baseia-se na produção de um único composto, como alginatos, agar ou corantes, sendo que os subprodutos são tratados como resíduo. Assim, esta indústria enfrenta o desafio de desenvolver processos que permitam obter vários produtos com atividade biológica. A fermentação em estado sólido (SSF) é um processo biotecnológico de baixo custo que pode produzir compostos bioativos, como enzimas e compostos antioxidantes. As macroalgas verdes como a Ulva rigida têm potencial para ser usadas como ingrediente em aquacultura. No entanto, estas são difíceis de digerir para muitas espécies de peixe. Neste sentido, a SSF pode alterar a estrutura de polissacarídeos para facilitar a digestão das macroalgas e pode ainda produzir uma grande variedade de produtos com aplicações alimentares como proteínas, enzimas e compostos antioxidantes. O principal objetivo deste projeto é o processamento sequencial da U. rigida por SSF e hidrólise enzimática (EH) para produzir produtos de valor acrescentado e aumentar o valor nutricional das macroalgas, promovendo assim uma economia circular. O passo da hidrólise enzimática foi otimizado pelo desenho experimental Box-Behnken. Durante a SSF da U. rigida produziram-se celulases (40 ± 1 U/g) e xilanases (160 ± 4 U/g). Após a SSF, foi adicionado tampão para iniciar a EH que durou 72h. A variável que teve um maior efeito na libertação de compostos fenólicos, açúcares, atividade antioxidante e aumento da concentração de proteína foi a temperatura. A concentração máxima de compostos fenólicos e atividade antioxidante atingiu-se a uma temperatura intermédia (40°C), a conversão máxima de celulose a glucose e aumento da concentração de proteína atingiram-se à temperatura mais elevada (44°C). As condições ótimas da hidrólise enzimática para maximizar em conjunto as 4 variáveis foram 44°C, carga de sólido 30% w/v e pH 4,1. Nestas condições, atinge-se teoricamente 929 μM de equivalentes de Trolox/g, 1,56 mg de compostos fenólicos totais/g, 231,04 g de proteína/kg e 61% de conversão de celulose para glucose. Em todas as experiências, verificou-se uma diminuição da atividade da xilanase durante a hidrólise enzimática (72h), sendo que a redução foi menor nas experiências realizadas a menor temperatura (35°C). O bioprocessamento da U. rigida por SSF e EH permitiu a obtenção de compostos antioxidantes, açúcares livres que podem ser fermentados noutros produtos de valor acrescentado ou energia e um sólido final enriquecido em proteína. No futuro, devem ser realizadas experiências de modo a aplicar estes produtos na aquacultura.The current seaweed industry is based on a single compound production, as alginates, carrageenan, agars, or colorants, being the remaining seaweed byproduct treated as waste. Thus, macroalgae industry faces the challenge of developing processes allowing to obtain multi-products with biological activities. Solid-state fermentation (SSF) is a low-cost biotechnology process that can produce bioactive compounds as enzymes and antioxidant compounds. Green macroalgae as Ulva rigida have potential to be used as ingredient in aquaculture. However, they are difficult to digest by many species of fish. In this sense, SSF can alter the structure of polysaccharides to facilitate digestion of macroalgae, and it can also produce a wide variety of valuable products for feed applications, such as proteins, enzymes, and antioxidant compounds. The main aim of this project is the sequential bioprocessing of U. rigida by SSF and enzymatic hydrolysis (EH) to produce value-added products and increase the nutritional value of macroalgae, promoting a circular economy. The EH stage was optimized by Box-Behnken experimental design. During SSF were produced cellulases (40 ± 1 U/g) and xylanases (160 ± 4 U/g). After SSF, it was added the buffer to carry out EH during 72h. The variable that had a higher effect on release of phenolic compounds, sugars, antioxidant activity and increase the concentration of protein was the temperature. Maximum concentration of phenolic compounds and antioxidant activity was achieved with intermediate temperature (40°C), the maximum conversion of cellulose to glucose and increase of protein concentration were achieved with the higher temperature (44°C). The optimal conditions of EH to maximize jointly the 4 variables were 44°C, load of solid 30% w/v and pH 4,1. In these conditions, they were predicted an antioxidant activity of 929 μM of Trolox equivalents/g, 1,56 mg of total phenolic compounds U/g, 23,.04 g of crude protein/kg and 61% cellulose conversion to glucose. In all experiments it was observed a decrease of xylanase activity during EH, the reduction was lower in experiments performed with the lowest temperature (35°C). The bioprocessing of U. rigida by SSF and EH allowed to obtain antioxidant compounds, free sugars that can be fermented to other value-added products or energy, and the final solid was enriched in protein. Future works should be performed to apply these products in aquaculture.Salgado, José Manuel SearaBelo, IsabelUniversidade do MinhoBaptista, Ana Isabel Freitas20212021-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/71943eng202662551info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:01:16Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/71943Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T18:51:10.580071Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
title Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
spellingShingle Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
Baptista, Ana Isabel Freitas
Bioprocessos
Fermentação em estado sólido
Hidrólise enzimática
Macroalgas
Bioprocess
Enzymatic hydrolysis
Macroalgae
Solid-state fermentation
Engenharia e Tecnologia::Biotecnologia Industrial
title_short Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
title_full Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
title_fullStr Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
title_full_unstemmed Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
title_sort Bioprocessing of macroalgae for bioactive compounds production with food and feed applications
author Baptista, Ana Isabel Freitas
author_facet Baptista, Ana Isabel Freitas
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Salgado, José Manuel Seara
Belo, Isabel
Universidade do Minho
dc.contributor.author.fl_str_mv Baptista, Ana Isabel Freitas
dc.subject.por.fl_str_mv Bioprocessos
Fermentação em estado sólido
Hidrólise enzimática
Macroalgas
Bioprocess
Enzymatic hydrolysis
Macroalgae
Solid-state fermentation
Engenharia e Tecnologia::Biotecnologia Industrial
topic Bioprocessos
Fermentação em estado sólido
Hidrólise enzimática
Macroalgas
Bioprocess
Enzymatic hydrolysis
Macroalgae
Solid-state fermentation
Engenharia e Tecnologia::Biotecnologia Industrial
description Dissertação de mestrado em Biotechnology
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021
2021-01-01T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/1822/71943
url http://hdl.handle.net/1822/71943
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv 202662551
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799132282655604736

Registros relacionados