Produção de pectinases a partir de cascas de cacau (Theobroma cacao L.) em fermentação submersa com aplicação na clarificação de suco de maçã

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rozendo, Anderson Steyner
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/70139
Resumo: Orientadora: Profª. Drª. Luciana Porto de Souza Vandenberghe
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spelling Rozendo, Anderson SteynerVandenberghe, Luciana Porto de Souza, 1968-Soccol, Carlos Ricardo, 1953-Rodrigues, Cristine, 1974-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia2021-04-07T15:41:12Z2021-04-07T15:41:12Z2018https://hdl.handle.net/1884/70139Orientadora: Profª. Drª. Luciana Porto de Souza VandenbergheCoorientadores: Profº Dr. Carlos Ricardo Soccol, Profª. Drª. Cristine RodriguesDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa : Curitiba, 21/12/2018Inclui referências: p.115-126Resumo: O presente trabalho teve como objetivo fazer uso de casca do cacau como potencial substrato para producao de enzimas pectinases por cepa de Aspergillus niger e testar a enzima produzida em processo de clarificacao de suco de maca. A caracterizacao da casca de cacau foi realizada para as granulometrias <0,84mm e 1,18 a 2,00 mm, obtendo-se pH 5,44 e 5,46, proteinas soluveis 7,08 e 7,36 mg/g, acucares soluveis 50,73 e 29,56 mg/g, umidade 5,15 e 5,14%, cinzas 7,86 e 6,11%, extraiveis 17,73 e 18,11%, lignina 38,79 e 41,28%, hemicelulose 9,20 e 8,97% e celulose 18,83 e 22,29%, respectivamente. Selecionou-se a casca de cacau com granulometria < 0,84mm para a producao da enzima. A cepa utilizada nesse estudo foi selecionada dentre 11 cepas de A. niger. A otimizacao das condicoes fisicoquimicas do meio de producao compreendeu etapas com desenhos experimentais como, Plackett & Burnman, fatorial fracionado 2(4-1), fatorial fracionado 3(3-1) e Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para a determinacao dos componentes de maior significancia na producao da pectinase, alem de ensaios para selecao da melhor fonte de nitrogenio e estudo das concentracoes de extrato de pectina, extraida a partir da casca do cacau. Ao final da otimizacao, obteve-se atividade enzimatica relativa de 602,03 (U/g) nas condicoes: 110,25 g/L de casca de cacau, extrato de pectina a 5% (m/v) e 0,05 g/L de extrato de levedura, incubacao a 28°C e pH 4. Levando-se em consideracao a atividade enzimatica inicial, para o microrganismo selecionado, que era de 220 (U/g), pode-se considerar que houve um aumento de 176% na atividade enzimatica nas condicoes avaliadas. A cinetica de producao da pectinase mostrou atividade enzimatica maxima em 96 horas. Para a separacao e recuperacao da pectinase produzida, foi feita a precipitacao de proteinas com sulfato de amonio com saturacao a 80%, resultando em atividade especifica de 183,44 (U/mg) com rendimento em atividade de 111,56% e rendimento em proteinas de 76,08%. Em seguida, o extrato enzimatico foi microfiltrado em membrana de MF 0,2 ?m, e a fracao permeada foi entao submetida a ultrafiltracao em membrana de 30 kDa, resultando em 4852,50 (U/mg) de atividade especifica e rendimento de recuperacao de 118,52%. A atividade enzimatica apos os processos de recuperacao e purificacao corresponde a 819 (U/g), o que corresponde a um aumento de 36%. Na caracterizacao da pectinase produzida, determinou-se a temperatura e pH otimos de 60°C e 4,0, respectivamente. Ainda determinou-se Km 3,31(mg/mL), Vmax 22,47(?mol.mL-1.min-1), Ea 15,05 (KJ/mol) e Ed 47,35(KJ/mol). Em teste de estabilidade a longo prazo da enzima formulada com os aditivos benzoato de sodio e xilitol, mantida son refrigeracao (4°C), a atividade residual permaneceu em 92,41% apos 60 dias. Por fim, realizou-se etapa de clarificacao de suco de maca, no qual a pectinase produzida apresentou turbidez de 448,89(NTU) em comparacao a 417,89 (NTU) da enzima comercial e viscosidade de 1,86(cP) - pectinase produzida (CauPec) e 1,19(cP) - pectinase comercial, alem de solidos soluveis de 8,0 - pectinase comercial e 8,73 para a CauPec. Portanto, podendo-se concluir que a casca de cacau e o extrato de pectina da casca foram otimos substratos para a producao de pectinases, cuja formulacao e altamente estavel, alem de poder ser aplicada na clarificacao de suco de maçãAbstract: The present study aimed at to make use of cocoa shell as a potential substrate for the production of pectinase enzymes per Aspergillus niger strain and to test the enzyme produced in the process clarification of apple juice. The characterization of the cocoa shell was performed for granulometry < 0.84 mm and 1.18 to 2.00 mm, obtaining pH 5.44 and 5.46, soluble proteins 7.08 and 7.36 mg/g, soluble sugars 50.73 and 29.56 mg/g, humidity 5.15 and 5.14%, ash 7.86 and 6.11%, extractable 17.73 and 18.11%, lignin 38.79 and 41.28%, hemicellulose 9.20 and 8.97% and cellulose 18.83 and 22.29%, respectively. The cocoa shell with granulometry < 0.84 mm was selected for the production of the enzyme. The strain used in this study was selected from 11 strains of A. niger. The optimization of the physicochemical conditions of the production medium included stages with experimental designs such as, Plackett & Burnman, fractional factorial 2(4-1), fractional factorial 3(3-1) and Rotational Central Composite Design (RCCD) for the determination of the components of greater significance in the production of pectinase, in addition to tests to select the best source of nitrogen and study the concentrations of pectin extract extracted from the cocoa shell. At the end of the optimization, 602.03 (U/g) was obtained for optimized conditions with 110.25 g / L of cocoa shell, 5% (m/v) pectin extract and 0.05 g/L of yeast extract, incubation at 28°C and pH 4. considering the initial enzymatic activity, for the selected microorganism, which was 220 (U/g), it can be considered that there was a 176% increase in the enzymatic activity under the conditions tested. The kinetics of pectinase production resulted in maximal enzymatic activity in 96 hours. For the separation and recovery of the pectinase produced, the protein was precipitated with 80% saturated ammonium sulfate, resulting in a specific activity of 183.44 (U/mg) with an activity yield of 111.56% and yield in proteins of 76.08%. Then, the enzyme extract was microfiltered on 0.2 ?m MF membrane, and the permeate fraction was then submitted to 30 kDa membrane ultrafiltration, resulting in 4852.50 (U/mg) specific activity and recovery yield of 118.52%. The enzymatic activity after the recovery and purification processes corresponds to 819 (U/g), which corresponds to an increase of 36%. In the characterization of the pectinase produced, the optimum temperature and pH of 60°C and 4.0, respectively, were determined. Km 3,31 (mg / mL), Vmax 22.47 (?mol.mL-1.min -1), Ea 15.05 (KJ/mol) and Ed 47.35 (KJ/mol). In the long-term stability test of the enzyme formulated with the additives sodium benzoate and xylitol, maintained under refrigeration (4°C), residual activity remained at 92.41% after 60 days. Finally, an apple juice clarification step was performed in which the pectinase produced showed turbidity of 448.89 (NTU) compared to 417.89 (NTU) of the commercial enzyme and viscosity of 1.86 (cP) - pectinase produced (CauPec) and commercial 1,19 (cP) - pectinase, as well as soluble commercial 8.0 - pectinase solids and 8.73 for CauPec. It was concluded that the cocoa shell and the pectin extract of the peel were excellent substrates for the production of pectinases, whose formulation is highly stable, besides being able to be applied in the clarification of apple juice128 p. : il. (algumas color.).application/pdfEnzimasFermentaçãoCacauTecnologia QuímicaProdução de pectinases a partir de cascas de cacau (Theobroma cacao L.) em fermentação submersa com aplicação na clarificação de suco de maçãinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - ANDERSON STEYNER ROZENDO.pdfapplication/pdf3471261https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/70139/1/R%20-%20D%20-%20ANDERSON%20STEYNER%20ROZENDO.pdfcb9b76a3696825375d1300ddd63a2149MD51open access1884/701392021-04-07 12:41:12.13open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/70139Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-04-07T15:41:12Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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