Orientador: Elias Basile Tambourgi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:55:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Campos_EdgarSilveira_M.pdf: 822843 bytes, checksum: 71acbd6f437df10710275e577d0380eb (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A bromelina (E.C. 3.4.22.33) é extraída da infrutescência do abacaxi (Ananas comosus), e é utilizada na indústria alimentícia, como amaciante de carnes, e também na indústria farmacêutica. A bromelina está presente nos primeiros estágios do desenvolvimento do fruto, entretanto seus níveis aumentam rapidamente, ficando alto até a maturação do fruto. A Adsorção em Leito Expandido (ALE) é uma técnica cromatográfica para separação e purificação de produtos biológicos diretamente de seu extrato bruto, sem o uso de centrifugação, microfiltração e outros passos primários de clarificação. Esta técnica permite que o extrato bruto seja alimentado na coluna cromatográfica sem tratamento inicial, e enquanto o leito expande, a superfície de contato do adsorvente aumenta, fazendo que a interação com a molécula alvo seja mais efetiva. Este trabalho reporta a adsorção da bromelina em condições de leito expandido, tais como os parâmetros cinéticos de adsorção, a altura do leito, e a velocidade linear. Este trabalho foca também a caracterização parcial da bromelina, descrevendo aspectos tais como efeito da temperatura e pH, e a influência destes parâmetros com o tempo. Foi observado que a atividade enzimática da bromelina aumentou com o aumento da temperatura e com a proximidade do pH neutro. Também foi observado que o aumento de temperatura acima de 65 ºC causa uma leve diminuição nos níveis enzimáticos. Após 150 minutos, a bromelina reteve por volta de 50% da atividade inicial. A capacidade máxima de adsorção foi determinada pela isoterma de adsorção de Langmuir, onde os valores estimados para Qm e kd foram 9,18 U/mL e 0,591 U/mL, respectivamente. O tempo de residência foi reduzido 10 vezes com um incremento no grau de expansão de apenas 2,5 vezes, contudo o número de pratos (N) foi reduzido apenas 2 vezes. O fator de purificação da bromelina foi próximo de 13 vezes. ALE mostrou ser ótima para a purificação de bromelina, e a enzima eluida foi purificada em nível de SDS-PAGE / Abstract: Bromelain are extracted from Ananas comosus infrutescence, and are used in food industry, as a meat softener, and pharmaceutical industry, as well. Bromelain are presented in the early stages of fruit development, however, their levels increase quickly, remaining high until the maturation. Expanded Bed Adsorption (EBA) is a chromatography technique for separation and purification of biological products directly from crude feedstock, without using centrifugation, microfiltration and other clarification prior steps. This technique permits crude feeding into chromatographic column without initial treatment, and as the bed expands, it increases adsorbent surface contact, making interaction with the target molecule more effective. This work reports the adsorption of Bromelain in expanded bed conditions, such as the adsorption kinetics parameters, the bed height, and the flow velocity. This work also focus the partial characterization of bromelain, describing aspects such temperature effect, pH effect, and its influences within time. It was observed a growing enzymatic activity by increasing the temperature level, and with the proximity to neutral pH. It was also observed that increments in temperature over 65 ºC cause a little decrease of enzymatic levels. After 150 minutes, brmoelain retained 50 % of its initial activity. The maximum adsorption capacity was determined by the adsorption isotherm, where the Qm and kd values could be estimated, 9.18 U/mL and 0.591 U/mL, respectively. The resident time was reduced 10 fold by increasing the expansion degree 2.5 times; nonetheless the plate value (N) was reduced only 2 fold. The purification factor was about 13 fold. EBA showed to be feasible for purification of bromelain, and the eluted enzyme as SDS-PAGE / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6022.pdf: 1662458 bytes, checksum: 4e6f5f48dc72f84e96a68be96f5ddf02 (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / Financiadora de Estudos e Projetos / Penicillin G acylase (PGA) is the key enzyme for the industrial production of β-lactam antibiotics. Major current PGA demand is attended for producer organisms as Escherichia coli and Bacillus megaterium genetically modified. The enzyme produced by Escherichia coli accumulates in the periplasmic space of the bacteria and it requires cell disruption for recovery, whereas the enzyme from Bacillus megaterium is secreted into the production medium. This study aimed to evaluate the adsorption of PGA expressed by these two recombinant microorganisms in cationic and anionic resins for recovery and purification of the enzyme. For E. coli PGA was evaluated ionic adsorption of the enzyme in Streamline SP XL® cation exchanger resin after cell disruption by sonication. In this step, we assessed the influence of pH and buffer, to reduce the loss of enzyme inactivation and adjust the pH to a value suitable for a subsequent selective adsorption of the enzyme. The buffers evaluated were acetate, citrate, phosphate and carbonate, and the values of pH were adjusted between 4,5 and 11,0. No denaturation of the enzyme was observed in buffers and pHs evaluated. However, it was observed enzyme adsorption in cellular debris at pH values equal or smaller than 5,4, this debris adsorption was more apparent in the presence of acetate buffer. Thus, cell disruption was defined at pH 6.0 to prevent loss PGA in the adsorption of debris and adjustment of pH and salt molarity by dilution in the appropriate buffer to prevent denaturation of the enzyme by local reduction of the pH when uses concentrated acid. The STREAMLINE SP XL® resin showed higher adsorption capacity of PGA at pH 5,0 and the temperature range (4 and 25°C) did not influence it. The Langmuir isotherm represented adequately the experimental data of the enzyme adsorption resin at 4 and 25°C (pH 5,0) with similar values of qm and KL 25,4 U/g 185,2 U/g, respectively. Purification of PGA in a fixed-bed column showed overall recovery of activity around 50% and purification factor of about 9 times. The adsorption capacity of cationic resin in this mode of operation was 10,9 UNIPAB/mlresin. The PGA purification secreted by Bacillus megaterium recombinant, produced in a synthetic medium, was studied by ion adsorption resins and the following pH values: Streamline SP XL ® and IMMOBEAD IB-C435 (cation-exchanger resins, pH 5,0, 5,5 and 6,0); manae-agarose activated with 40 and 80mmoles/g amino groups (cation exchanger resin, pH 6,0, 7,0 and 7,5); STREAMLINE DEAE XL® and STREAMLINE Q XL® (anionic exchange resins, pH 7,5 and 8,5). Equilibrium experiments in cationic resins Streamline SP XL ® (4°C, pH 5,0) and IB-C435 IMMOBEAD (4°C, pH 5,5) allowed estimation of the parameters of the Langmuir model qm = 76,6 and 91,5 U/g KL = 294,7 and 412,3 U/g, respectively. Despite the high adsorptive capacity of these resins, they were not suited to purification of PGA, because their adsorbes PGA and the contaminants. Manae-agarose resins (40 and 80 μmoles/g) were not effective in PGA adsorption. The STREAMLINE anionic exchangers resins not adsorbed significant amount of PGA in pH evaluated, however, this resin performed a adsorption of almost of 50% proteins present in the medium, demonstrating selective for removal contaminating proteins. Adsorption assays in fixed-bed column Streamline Q XL ® (22°C, pH 8,0) showed that the resin is effective in adsorption of contaminating proteins, it is possible to recover approximately 70 % PGA with a purification factor of 4 times and high specific activity of about 25 U/mg. Already on STREAMLINE SP XL® (22ºC, pH 5,0) resin, the total enzyme recovery was 70 %, but with a purification factor of only 1,61 times and specific activity of around 11 U/mg. It was concluded that adsorption in anionic mode is more advantageous, because presents a better performance and avoid the enzyme dilution. The cultivation of recombinant B. megaterium in a high cell density bioreactor using complex medium, allowed to reach PGA volumetric activity of 50 U/mL. After concentration of the enzyme extract by ultrafiltration to 100 U/mL, was evaluated purification of the enzyme on gel filtration resin column using Superdex 200 Prep Grad (22 °C, pH 7,5). This technique allowed high enzyme recovery (>93%), however with a purification factor of 3 times and specific activity of 13 U/mg. / Penicilina G acilase (PGA) é a enzima chave para a produção industrial de antibióticos β-lactâmicos. Grande parte da demanda atual pela enzima é atendida pela sua produção por Escherichia coli e Bacillus megaterium geneticamente modificados. A enzima produzida por Escherichia coli acumula-se no espaço periplasmático da bactéria, requerendo rompimento celular para sua recuperação, enquanto que a enzima produzida por Bacillus megaterium é secretada para o meio de produção. Este trabalho teve como objetivo avaliar a adsorção de PGA produzida por esses dois microrganismos recombinantes em resinas catiônicas e aniônicas para recuperação e purificação da enzima. Para PGA de E. coli avaliou-se a adsorção iônica da enzima na resina de troca catiônica STREAMLINE SP XL® após rompimento celular por sonicação. Nesta etapa, avaliou-se a influência do tampão e do pH, visando reduzir a perda de enzima por inativação e ajustar o pH a um valor apropriado para uma posterior adsorção seletiva da enzima. Os tampões avaliados foram acetato, citrato, fosfato e carbonato, ajustados para valores de pH entre 4,5 e 11,0. Não se observou desnaturação da enzima nos tampões e pHs avaliados. Contudo, observou-se adsorção da enzima nos debris celulares a valores de pH iguais ou menores que 5,4, sendo mais acentuada essa adsorção na presença de tampão acetato. Definiu-se, assim, rompimento celular em pH 6,0 para evitar perda de PGA por adsorção nos debris e ajuste do pH e da molaridade do sal por diluição no próprio tampão da adsorção, para evitar desnaturação da enzima por redução local do pH quando se utiliza ácido concentrado. A resina STREAMLINE SP XL® mostrou maior capacidade de adsorção de PGA em pH 5,0, não sendo influenciada nas temperaturas avaliadas (4 e 25ºC). A isoterma de Langmuir representou adequadamente os dados experimentais de adsorção da enzima nessa resina a 4 e 25ºC (pH 5,0), com valores similares de qm e KL, 25,4 U/g e 185,2 U/g, respectivamente. A purificação de PGA em coluna de leito fixo apresentou recuperação global de atividade em torno de 50% e fator de purificação de aproximadamente 9 vezes. A capacidade de adsorção da resina de troca catiônica nesse modo de operação foi de 10,9 UNIPAB/mLresina. A purificação de PGA secretada por Bacillus megaterium recombinante, produzida em meio sintético, foi estudada por adsorção iônica da enzima nas seguintes resinas e valores de pH: STREAMLINE SP XL® e IMMOBEAD IB-C435 (resinas de troca catiônica, pHs 5,0, 5,5 e 6,0); MANAE-agarose ativada com 40 e 80 μmoles de grupos amino/g (resina de troca catiônica, pHs 6,0, 7,0 e 7,5); STREAMLINE DEAE XL® e STREAMLINE Q XL® (resinas de troca aniônica, pHs 7,5 e 8,5). Ensaios de equilíbrio para as resinas de troca catiônica STREAMLINE SP XL® (4ºC, pH 5,0) e IMMOBEAD IB-C435 (4ºC, pH 5,5) permitiram a estimativa dos parâmetros do modelo de Langmuir: qm = 76,6 e 91,5 U/g e KL= 294,7 e 412,3 U/g, respectivamente. Apesar da alta capacidade adsortiva dessas resinas, as mesmas não foram adequadas à purificação de PGA, pois adsorveram tanto PGA quanto proteínas contaminantes. As resinas MANAE-AGAROSE (40 e 80 μmoles/g) não foram eficazes na adsorção de PGA. As resinas STREAMLINE de troca aniônica não adsorveram quantidade significativa de PGA nos valores de pH avaliados, entretanto, adsorveram quase 50% de proteínas presentes no meio, mostrando-se assim seletiva para retirada das proteínas contaminantes. Ensaios de adsorção em coluna de leito fixo com STREAMLINE Q XL® (22ºC, pH 8,0) mostraram que a resina é eficaz na adsorção de proteínas contaminantes, sendo possível a recuperação de aproximadamente 70% de PGA com um fator de purificação de 4 vezes e alta atividade específica, em torno de 25 U/mg. Já na resina STREAMLINE SP XL® (22ºC, pH 5,0) a recuperação total da enzima foi de 70%, mas com um fator de purificação de apenas 1,61 vezes e atividade específica em torno de 11 U/mg. Assim, conclui-se que a adsorção no modo aniônico é mais vantajosa, pois além de maior purificação, não dilui a enzima. O cultivo de B. megaterium recombinante em biorreator com alta densidade celular, utilizando meio complexo, permitiu atingir atividade volumétrica de PGA de 50 U/mL. Após concentração do extrato enzimático por ultrafiltração até 100 U/mL, avaliou-se a purificação da enzima em coluna de gel de filtração utilizando a resina Superdex 200 prep grad (22ºC, pH 7,5). Essa técnica permitiu alta recuperação da enzima (>93%), entretanto com um fator de purificação de 3 vezes e atividade específica de 13 U/mg.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4556.pdf: 4130912 bytes, checksum: ce52d6d080c273997017ee16e040fc29 (MD5) Previous issue date: 2012-03-30 / Agência Nacional de Petróleo / Lipases (triacyl-glycerol-hydrolases) are enzymes that catalyze hydrolysis, esterification and transesterification reactions. Lipase can be obtained from animals, microbial and vegetable sources. Nowadays, commercial lipases are majority produced from microbial sources. The use of these enzymes in industrial scale is still limited because of its high cost of production, favoring then, the search for new sources of lipases. This work aimed the utilization of oilseeds as lipase sources, aiming its use in the synthesis of fatty esters and in the hydrolysis of vegetable oils. To achieve this goal, the protein content of seeds of sunflower, castor bean and soybean was solubilized in buffered medium. The oilseeds were crushed in the presence of sodium phosphate buffer pH 7.0 (50 mM), followed by 11 hconstant stirring at room temperature. Under these conditions, the average productivities were ca. 237, 100 and 81 U/g of dried seeds. The solids were withdrawal from the crude extract by filtration, followed by centrifugation. The clarified crude extract was purified by ultrafiltration in 100 kDa cut-off polypropylene membrane. This procedure allows an activity recovery of 40, 35 and 11% for soybean, sunflower and castor bean, respectively. The purified lipases from soybean, sunflower and castor bean seeds were immobilized on hydrophobic support (silica-octyl) by interfacial adsorption, yielding biocatalysts with recovered activities of 683%, 413% and 1494%, respectively. SDS-PAGE electrophoresis and activity assays during the immobilization of the purified lipases on silica-octil suggested the presence of two lipase isoforms with molecular weights around of 20 and 30 kDa. Soluble soybean lipase exhibited optimum pH and temperature for hydrolysis of olive oil around 8.0 and 47 °C, respectively, while for immobilized soybean lipase (derivative) were 6.0 and 57°C, respectively. The halflife of the immobilized lipase at 50oC and pH 7 was around 8 h. The synthesis of butyl butyrate at 40oC catalyzed by immobilized lipase yield a conversion of approximately 15% after 9 h of reaction. The productivity of lipases from soybean seeds can be increased by germination of the seeds for 12 h, followed by extraction at 25oC for 12 h with salt solution (sodium phosphate buffer pH 7.0) at 100 mM concentration, supplemented with 1% (m/v) Tris-HCl. / Lipases (glicerol éster hidrolases, EC 3.1.1.3) catalisam reações de hidrólise, esterificação e transesterificação. As lipases podem ser obtidas de fontes animais, microbianas e vegetais, sendo que as de origem microbiana representam a grande maioria das lipases produzidas atualmente. No entanto, o uso dessas enzimas em escala industrial ainda é restrito devido ao alto custo de produção, favorecendo, assim, a busca por novas fontes de lipase. Este trabalho teve por objetivo a utilização de sementes de oleaginosas como fontes de lipases, visando sua aplicação na síntese de ésteres de ácidos graxos e hidrólise de óleos vegetais. Inicialmente sementes de soja, girassol e mamona foram trituradas em tampão fosfato de sódio 50 mM, pH 7, seguida por agitação de 11 horas em temperatura ambiente. Sob essas condições, as produtividades médias foram de aproximadamente 237, 100 e 81 U/g de sementes secas. Os sólidos foram removidos do extrato enzimático bruto por filtração e o extrato enzimático foi clarificado por centrifugação. O extrato clarificado foi purificado por ultrafiltração em membrana de polipropileno com diâmetro de corte de 100 kDa. Esse procedimento permitiu a recuperação de 40, 35 e 11% da atividade inicialmente presente nos extratos enzimáticos brutos obtidos a partir de sementes de soja, girassol e mamona, respectivamente. Lipases de sementes de soja, girassol e mamona foram imobilizadas por adsorção hidrofóbica em sílica ativada com grupos octil (sílica-octil), obtendo-se biocatalisadores com atividades recuperadas de 683%, 413% e 1494%, respectivamente. Eletroforese SDS-PAGE do extrato enzimático da soja e ensaios de atividade durante a imobilização em sílica-octil sugeriram a presença de duas isoformas de lipases, com massas moleculares de aproximadamente 20 e 30 kDa. O pH e a temperatura de máximas atividades hidrolíticas do extrato enzimático da soja foram de 8,0 e 47ºC, respectivamente, enquanto para a enzima imobilizada foram de 6,0 e 57ºC, respectivamente. O tempo de meia-vida da enzima imobilizada a 50ºC e pH 7 foi de 8 h. Na síntese de butirato de butila, realizada a 40ºC, obteve-se uma conversão de aproximadamente 15% em 9 h de reação. A produtividade de lipases de sementes de soja pode ser aumentada por germinação das sementes por 12 h, seguida da extração a 25ºC por 12 h com solução salina (tampão fosfato de sódio, pH 7,0) com uma concentração de 100 mM e adição de Tris-HCl 1% (m/v).

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2455.pdf: 1413452 bytes, checksum: 0d85e80e19b01ab27cd6e9dd30beb3b9 (MD5) Previous issue date: 2009-04-02 / Financiadora de Estudos e Projetos / The industrial production of 6-APA includes: (1) cultivation of Penicillium chrysogenum; (2) extraction with organic solvents, (3) crystallization; (4) penicillin hydrolysis by immobilized penicillin acylase; (5) extraction of phenyl acetic acid (AFA); (6) precipitation of 6-APA at its isoelectric point ( pH ~ 3,6). The scientific community and industry have interest in reducing the number of process steps required for 6-APA production. In this thesis a new method for 6-APA production is presented. In this process, the simultaneous production and hydrolysis of penicillin was carried out. The 6-APA was extracted from culture broth using ionic adsorbent. To demonstrate the technical viability of the process a suitable biocatalysts to perform the hydrolysis of penicillin in the complex media has been developed. The enzymatic extract, containing PGA was partially purified by affinity adsorption on agarose-tryptophan, it was necessary to prepare the biocatalyst. The apparent purification factor obtained was 4,5 and purified PGA was immobilized on agaroseglyoxil by multipoint covalent attachment. The biocatalysts obtained show stability under conditions of sterilization and application in bioreactor. However, their mechanical stability under vigorous conditions of agitation used in stirred tank bioreactors was not satisfactory. Three strategies were used to avoid fragmentation of the biocatalyst. The first strategy was to involve the impellers with a helicoidal structure. In this system the biocatalyst was maintained under agitation in external bulk of the apparatus. In the second strategy, the biocatalyst was introduced into the bioreactor as the biomass density reached a maximum, in this case, the cultivation was carried out under constant agitation speed (300 rpm). An airlift bioreactor was used as third strategy to maintain the pellet structure. These systems were efficient in increasing medium agitation without destroying the pellets. Complete hydrolysis of penicillin (30 g / L) was obtained after five days of cultivation and extraction of 6-APA on ionic exchanger was investigated. The extraction of 6-APA by ionic interaction using chitosan modified with glutaraldehyde and arginine is a good method for recovery it. However, optimization in this method is necessary to achieve the recovery of 6-APA at satisfactory levels for the pharmaceutical industry. The new method for production of 6-APA shows that is possible to eliminate the use of organic solvents and to reduce the number of process steps. / A produção industrial de ácido 6-aminopenicilânico (6-APA) inclui etapas de cultivo de Penicillium chrysogenum, extração com solvente orgânico, cristalização, hidrólise enzimática e precipitação. O interesse industrial e científico em reduzir o número de etapas deste processo tem motivado pesquisadores a buscar processos alternativos para obtenção de 6-APA. Neste trabalho, um novo processo é apresentado para a produção de 6-APA, cujas inovações envolvem a hidrólise de penicilina durante o cultivo de P. chrysogenum, a recirculação de ácido fenilacético (AFA) e extração de 6-APA ao final do cultivo utilizando adsorvente iônico. Para atender aos requerimentos do novo processo, foi desenvolvido um biocatalisador para atuar no complexo meio de cultivo. O preparo deste biocatalisador exigiu o uso de extrato enzimático purificado e uma metodologia para purificação de penicilina G acilase (PGA) foi investigada. Um fator de purificação aparente de 4,5 vezes foi obtido e a enzima foi ligada a agarose utilizando a técnica de imobilização covalente multipontual. O biocatalisador obtido apresentou boa estabilidade química em condições de esterilização e aplicação em biorreator. Entretanto, sua estabilidade mecânica sob condições rigorosas de agitação em biorreatores tipo tanque agitado e aerado não foram satisfatórias. Para solucionar este problema três estratégias foram avaliadas: (1) utilizando-se uma peça em forma de hélice envolvendo os impelidores, (2) adicionando-se o biocatalisador ao biorreator após a concentração de células atingir seu valor máximo e utilizando velocidade de agitação constante de 300 rpm, (3) usando um biorreator tipo air lift . As três estratégias permitiram manter a integridade do biocatallisador. Hidrólise completa de penicilina (30 g/L) foi obtida em 120 h de cultivo e a extração de 6-APA em coluna de troca iônica foi estudada. O método de extração de 6-APA através de interação iônica utilizando quitosana-arginina apresentou resultados promissores, entretanto, um aperfeiçoamento do método ainda faz-se necessário para atingir a recuperação de 6-APA em níveis satisfatórios para a indústria farmacêutica. Os resultados obtidos indicam que é possível eliminar o uso de solventes orgânicos na produção de 6-APA, além disso, a redução no número de etapas torna este processo mais simples e conseqüentemente reduz o tempo de produção e custo do produto final. Portanto, o processo desenvolvido neste trabalho é promissor para a aplicação na indústria farmacêutica.