Produção de celulases por Myceliophthora thermophila I-1D3b em resposta a diferentes fontes de carbono e taxas de aeração em cultivos sólido e submerso
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Data de Publicação: | 2023 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17535 |
Resumo: | The interest in cellulolytic systems of thermophilic fungi motivated the development of research aimed at the use of their enzymes in various industrial sectors, such as in the production of biofuels, particularly second-generation bioethanol (BE2G). The fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b has proved to be an excellent producer of cellulases; however, there is little knowledge about its metabolism. Thus, the objective of this work was to experimentally analyze the effect of different carbon sources and aeration rates on the ability to activate or inhibit cellulase production by the fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b in solid state (CES) and submerged (CSm) cultivations. Glucose, sucrose, fructose and lactose were evaluated as carbon sources at concentrations 5, 10 and 15 g.L-1, as for aeration rates 0.5 and 1 vvm were tested. The tests for the cultivations in solid and submerged medium were conducted at 45ºC for 96 h. Initially, on flasks scale, it has been evaluated the influence of carbon sources on the induction of enzymatic production and the addition of lactose and other compounds likely inducers to the inoculum preparation medium, as well as the effect of the proportion sugarcane bagasse and wheat bran on substrate composition. The replacement of synthetic lactose medium by fresh whey was also evaluated. In the tests on packed bed bioreactor for CES and aerated stirred tank for CSm, the effects of variation in aeration rate on growth and secretion of enzymes were studied. Flasks-scale cultivations showed that lactose was considered a promising inducer for endoglucanase synthesis at the concentration of 15 g.L-1, achieving activities of 210 and 120 U.gss-1 in solid and submerged cultivations, respectively, for mass proportion 7:3 of sugarcane bagasse and wheat bran. The addition of lactose to the inoculum preparation medium was not interesting, not increasing significantly endoglucanase activities. The assays with fresh whey showed results close to the control performed with the use of synthetic lactose, which shows their perspective of reuse. The analyses in bioreactors showed that time-profiles of temperature and CO2 concentration did not present significant variation (95% confidence) with the increase of the aeration rate. Nevertheless, in the operation with 1 vvm, a higher volume of CO2 released was observed, which reflected in higher enzymatic production. Thus, the operation with 1 vvm proved to be applicable and advantageous to produce cellulase. |
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The fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b has proved to be an excellent producer of cellulases; however, there is little knowledge about its metabolism. Thus, the objective of this work was to experimentally analyze the effect of different carbon sources and aeration rates on the ability to activate or inhibit cellulase production by the fungus Myceliophthora thermophila I-1D3b in solid state (CES) and submerged (CSm) cultivations. Glucose, sucrose, fructose and lactose were evaluated as carbon sources at concentrations 5, 10 and 15 g.L-1, as for aeration rates 0.5 and 1 vvm were tested. The tests for the cultivations in solid and submerged medium were conducted at 45ºC for 96 h. Initially, on flasks scale, it has been evaluated the influence of carbon sources on the induction of enzymatic production and the addition of lactose and other compounds likely inducers to the inoculum preparation medium, as well as the effect of the proportion sugarcane bagasse and wheat bran on substrate composition. The replacement of synthetic lactose medium by fresh whey was also evaluated. In the tests on packed bed bioreactor for CES and aerated stirred tank for CSm, the effects of variation in aeration rate on growth and secretion of enzymes were studied. Flasks-scale cultivations showed that lactose was considered a promising inducer for endoglucanase synthesis at the concentration of 15 g.L-1, achieving activities of 210 and 120 U.gss-1 in solid and submerged cultivations, respectively, for mass proportion 7:3 of sugarcane bagasse and wheat bran. The addition of lactose to the inoculum preparation medium was not interesting, not increasing significantly endoglucanase activities. The assays with fresh whey showed results close to the control performed with the use of synthetic lactose, which shows their perspective of reuse. The analyses in bioreactors showed that time-profiles of temperature and CO2 concentration did not present significant variation (95% confidence) with the increase of the aeration rate. Nevertheless, in the operation with 1 vvm, a higher volume of CO2 released was observed, which reflected in higher enzymatic production. Thus, the operation with 1 vvm proved to be applicable and advantageous to produce cellulase.Nas últimas décadas, o interesse nos sistemas celulolíticos de fungos termofílicos motivou o desenvolvimento de pesquisas visando o uso de suas enzimas em vários setores industriais, como na produção de biocombustíveis, particularmente do bioetanol de segunda geração (BE2G). O fungo Myceliophthora thermophila I-1D3b demonstra ser um excelente produtor de celulases; no entanto, há pouco conhecimento sobre o seu metabolismo. Sendo assim, o objetivo do presente trabalho foi analisar experimentalmente o efeito de diferentes fontes de carbono e taxas de aeração sobre a capacidade de ativar ou inibir a produção de celulases pelo fungo Myceliophthora thermophila I-1D3b em cultivos em estado sólido (CES) e submerso (CSm). Como fontes de carbono, foram avaliadas glicose, sacarose, frutose e lactose nas concentrações de 5, 10 e 15 g.L-1. Quanto às taxas de aeração, foram testadas 0,5 e 1 vvm. Os ensaios para os cultivos em meio sólido e submerso foram conduzidos a 45C por 96 h. Inicialmente, em escala de frascos, foi avaliada a influência das fontes de carbono sobre a indução da produção enzimática e a adição de lactose e outros compostos possivelmente indutores ao meio de preparo do inóculo, assim como o efeito da proporção de bagaço de cana e farelo de trigo na composição do substrato. Foram avaliadas ainda a substituição do meio sintético de lactose por soro de leite in natura. Nos ensaios em biorreatores de leito empacotado (BLE) para CES e tanque agitado aerado (TAA) para CSm, foram estudados os efeitos da variação da taxa de aeração sobre o crescimento e a produção de enzimas. Os cultivos em escala de frascos mostraram que a lactose foi considerada um indutor promissor para a síntese de endoglucanase na concentração de 15 g.L-1, sendo alcançadas atividades de 210 e 120 U.gss-1 nos cultivos sólido e submerso, respectivamente, empregando 7:3 m/m de bagaço de cana e farelo de trigo. A adição de lactose ao meio de preparo do inóculo não se mostrou interessante, não elevando de forma significativa a atividade de endoglucanase obtida. Os ensaios com soro de leite in natura apresentaram resultados próximos ao do controle realizado com uso de lactose sintética, o que mostra a sua perspectiva de aproveitamento. As análises em biorreatores mostraram que os perfis temporais de temperatura e de concentração de CO2 não apresentaram variação significativa (95% de confiança) com o aumento da vazão de aeração. Apesar disso, na operação com 1 vvm, foi observado maior volume de CO2 desprendido, o que se refletiu paralelamente em maior produção enzimática. Assim, a operação a 1 vvm mostrou-se aplicável e mais vantajosa para a produção de celulase.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis - ANP, Financiadora de Estudos e Projetos - FINEP, e Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações - MCTI, por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor de Biocombustíveis - PRH-ANP no. 39/FINEPCAPES: Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBiorrefinariaFungo termofílicoIndução enzimáticaCelulaseBioetanolBiorefineryThermophilic fungusEnzymatic inductionCellulaseBioethanolENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICAProdução de celulases por Myceliophthora thermophila I-1D3b em resposta a diferentes fontes de carbono e taxas de aeração em cultivos sólido e submersoProduction of cellulases by Myceliophthora thermophila I-1D3b in response to different carbon sources and aeration rates in solid and submerged cropsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis60060084d47a5b-ed41-4c4c-869d-7a2604d94854reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTexto da dissertação--Nilton Silva Costa Mafra.pdfTexto da dissertação--Nilton Silva Costa Mafra.pdfDissertação de Mestrado-Nilton Silva Costa Mafraapplication/pdf2954923https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17535/3/Texto%20da%20disserta%c3%a7%c3%a3o--Nilton%20Silva%20Costa%20Mafra.pdf2511c02aec1aef8e565271258b2fc08cMD53Modelo_Carta_Comprovante-_Nilton Silva Costa Mafra.pdfModelo_Carta_Comprovante-_Nilton Silva Costa Mafra.pdfCarta comprovanteapplication/pdf134780https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17535/4/Modelo_Carta_Comprovante-_Nilton%20Silva%20Costa%20Mafra.pdf8e145621f77f9e58518894bb42339527MD54CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17535/5/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD55TEXTTexto da dissertação--Nilton Silva Costa Mafra.pdf.txtTexto da dissertação--Nilton Silva Costa Mafra.pdf.txtExtracted texttext/plain237082https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17535/6/Texto%20da%20disserta%c3%a7%c3%a3o--Nilton%20Silva%20Costa%20Mafra.pdf.txt921ebf3f5cb10f534c36899dd8da8544MD56Modelo_Carta_Comprovante-_Nilton Silva Costa Mafra.pdf.txtModelo_Carta_Comprovante-_Nilton Silva Costa Mafra.pdf.txtExtracted texttext/plain1492https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17535/8/Modelo_Carta_Comprovante-_Nilton%20Silva%20Costa%20Mafra.pdf.txta3cb8e5c8431ef455a33caf84321b214MD58THUMBNAILTexto da dissertação--Nilton Silva Costa Mafra.pdf.jpgTexto da dissertação--Nilton Silva Costa Mafra.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9457https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17535/7/Texto%20da%20disserta%c3%a7%c3%a3o--Nilton%20Silva%20Costa%20Mafra.pdf.jpgd298b4bbef5eaed74ecad2da772b97cdMD57Modelo_Carta_Comprovante-_Nilton Silva Costa Mafra.pdf.jpgModelo_Carta_Comprovante-_Nilton Silva Costa Mafra.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg11653https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17535/9/Modelo_Carta_Comprovante-_Nilton%20Silva%20Costa%20Mafra.pdf.jpg4c93525c38f133c46179cb139574d989MD59ufscar/175352023-09-18 18:32:34.679oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17535Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:34Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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