Orientador: Marisa de Nazare Hoelz Jackix / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-24T14:10:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso_MarisaHelena_D.pdf: 3561560 bytes, checksum: 3176a30b267b15de9e5970df158c0c51 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Banana é a fruta mais popular do continente latino-americano. A produção mundial da fruta está na faixa de 50 milhões de toneladas. A produção brasileira de banana é a segunda maior do mundo (11 % do total). Em 1996, as exportações brasileiras totalizaram apenas 1,5% do que o país produziu. Em janeiro de 1997, o agricultor recebeu por uma dúzia de bananas R$ 0,40. Banana é, portanto, fruta barata e, ao mesmo tempo, encerra alto valor calórico. A idéia deste trabalho foi obter geléia de banana "light" em calorias, produto que apresenta alto valor agregado. Menção a esse produto não foi encontrada na literatura. Esse objetivo foi alcançado. Geléias foram formuladas com e sem uma mistura de substitutos de sacarose composta por sorbitol, frutose e polidextrose, de modo a apresentarem notas médias de qualidade global de sabor variando entre 5,36 e 7,00 e de textura variando de 5,88 a 7,49. A geléia formulada com substitutos contendo o menor teor de sólidos da fruta apresentou as mais altas médias de qualidade global de textura e de sabor. Por outro lado, experimentos preliminares àqueles em que se processaram as geléias foram realizados com purê e suco de banana semi-clarificado. Suco de banana é comumente encontrado nos mercados de comodidades europeu, norte-americano e argentino, não estando disponível, entretanto, no mercado interno brasileiro. Nesses experimentos, foram estudadas maneiras de: diminuir o tempo na etapa de hidrólise enzimática, proporcionando redução de custos no processamento; obter suco semi-clarificado, garantindo propriedades mais próximas às da fruta "in natura" e obter suco com teores reduzidos de sacarose e glicose, viabilizando seu uso em dietas restritas nestes açúcares. O processamento do purê não modificou propriedades de composição centesimal (teores de umidade, proteínas, lipídios, cinzas e carboidratos totais), e pH da banana "in natura" mas resultou em aumento de Brix de 21 para 22,7. O uso de uma preparação com pectinase industrial, incubada por 20 minutos a 45° C, resultou num aumento de rendimento de 38%, quando comparado com aquele obtido sem adição de enzima, incubado nessas mesmas condições. O aumento do tempo de incubação com enzima de 20 para 120 minutos resultou num aumento adicional no rendimento de 6% (de 65 para 71,2%). A hidrólise dos 9,26 g de sacarose contidos em 100 mL de suco de banana semi-clarificado (pH 4,43) obtido com pectinase Clarex foi completa empregando-se 0,6% de Invertase-S por 15 minutos a 40° C. Desta forma, pôde-se obter suco de banana sem i-clarificado livre de sacarose. As médias de rendimento, absorbância é pH para suco de banana sem i-clarificado livre de sacarose não diferiram (p<0,05) para os níveis de temperatura (40, 50 e 60%) e tempo (15, 20 e 25 minutos) empregados, enquanto as de Brix apresentaram diferenças significativas (p<0,05) em função destas variáveis. Os sucos obtidos com enzimas industriais (Clarex, Clarex & Invertase-S e Clarex & Invertase & Taka-sweet) apresentaram maiores rendimentos e valores de Brix, menores viscosidades e valores de pH em relação ao suco obtido com enzimas produzidas em laboratório (pectinase CTAA e pectinase & celulase Sigma). A isomerização de 0,19 g de glicose excedentes em relação à frutose, contidos em 100 mL de suco semi-clarificado livre de sacarose, foi completa empregando-se 0,5% de glicose-isomerase (Taka-sweet) por peso de purê por 15 minutos a 40° C. Não houve diferença significativa (p<0,05) entre as médias de aroma de banana fresca nos sucos e estiveram próximas ao centro da escala empregada. O aroma alcoólico foi considerado baixo e não diferiu entre os tratamentos. A adição de invertase proporcionou aumento considerável de doçura acompanhada de aumento de viscosidade do suco. Os sucos apresentaram contagens de mesófilos e bolores e leveduras bem menores que as citadas na literatura. Sensorialmente, o suco que apresentou a composição mais equilibrada de ácidos e açúcares foi aquele obtido com Clarex. As notas para sabor global dos sucos variaram de 5,44 a 6,72 e, as notas para proporção de amarelo, de 2,94 a 8,55 / Abstract: The banana is the most popular fruit on the latin american continent. World production of the fruit is around 50 million tons, of which Brazil produces 11 %, being the second largest producer. In 1996, brazilian exportations of banana represented only 1.5% of the national production, and in january 1997, the brazilian producer received only $0.34/dozen bananas on the internal market. Thus, the banana is a very cheap fruit, but at the same time, a rich source of calories. The idea of this research was to obtain a calorie light banana jam, a product presenting aggregated value. No mention of such a product was found in the literature, and the objective of the research was achieved. Jams were formulated with and without a mixture of sucrose substitutes consisting of sorbitol, fructose and polydextrose, receiving average grades for global flavor quality between 5.36 and 7.00 and for texture between 5.88 and 7.49. The jam formulated with the substitutes and with the lower level of fruit solids presented the highest average values for global flavor and texture. Preliminary experiments were also carried out with respect to the production of the semi-clarified banana juice from the puree. Banana juice is easily found on the european, north american and argentine markets, but is not available on the brazilian market. In these experiments, different ways of reducing the length of the enzymatic hydrolysis step, thus reducing processing costs; of obtaining semi-clarified juice with properties very similar to those of the natural fruit and of obtaining juice with reduced levels of sucrose and glucose, thus making its use feasible in diets in which these sugars are restricted, were studied. Processing the puree did not affect the proximate composition (moisture, protein, lipid, ash and total carbohydrate contents) or the pH, as compared to the natural fruit, but resulted in an increase in brix from 21 to 22.7. The use of an industrial pectinase preparation, incubating for 20 minutes at 45°C, resulted in an increase in yield of 38%, when compared with that obtained without the addition of enzyme, incubating for 120 minutes at 45°C. Increasing the incubation time with enzyme from 20 to 120 minutes resulted in an additional increase in yield of 6% (from a total of 65 to 71.2%). The hydrolysis of the 9.26g of sucrose contained in 100 mL semi-clarified banana juice (pH 4.43), obtained using the pectinase Clarex, was completed by incubating with 0.6% Invertase-S for 15 minutes at 40°C. In this way, semi­clarified sucrose free banana juice was obtained. The average values for yield, absorbance and pH of the semi-clarified, sucrose free banana juice did not vary (p>0.05) with the temperature (40, 50 and 60°C) and time (15, 20 and 25 minutes) used, although the brix presented significant differences (p<0.05) as a function of these variables. The juices obtained with industrial enzymes (Clarex, Clarex & Invertase-S and Clarex & Invertase & Taka-sweet) presented greater yields and brix values and lower viscosities and pH values than those obtained with laboratory produced enzymes (CTM pectinase and Sigma pectinase and cellulase). The isomerization of the extra 0.19 9 glucose (extra as compared to the amount of fructose), contained in 100 mL semi-elarified sucrose free juice, was completed by incubating with 0.5% glucose isomerase (Taka-sweet) for 15 minutes at 40°C. There was no significant difference in the averages for fresh banana aroma between the juices, the values all being close to the center of the scale used. The level of alcoholic aroma was considered to be low and did not vary between the treatments. The addition of invertase resulted in a considerable increase in sweetness accompanied by an increase in viscosity of the juice. The juices presented mesophilic and yeast and mold counts well below those cited in the literature. Sensorially, the juice which presented the most equilibrated composition with respect to acids and sugars, was that obtained with Clarex. The grades for global flavor of the juices varied from 5.44 to 6.72 and those for the proportion of yellow from 2.94 to 8.55 / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317900.pdf: 1698038 bytes, checksum: d51415443ed184773e517c0a2b8ceaf0 (MD5) Previous issue date: 2013 / As paredes celulares das plantas contém uma complexa mistura de polissacarídeos e proteínas, demandando uma série de enzimas para degradá-las. Organismos capazes de secretar enzimas de degradação podem aproveitar as paredes celulares como fonte de nutrientes, agindo como verdadeiros patógenos vegetais, gerando perdas nas produções agrícolas e consequentemente à economia. A busca por novas técnicas de controle de pragas tem impulsionado estudos baseados na sua biologia, visando diminuir o uso de substâncias químicas, sabidamente prejudiciais ao meio ambiente e aos consumidores. Trabalhos anteriores detectaram sequências gênicas supostamente codificadoras de poligalacturonases em larvas de C. maculatus, besouro praga do feijão caupi. Estas enzimas degradam o ácido poligalacturônico (PGA) presente na matriz de pectina na parede celular vegetal. A partir destes dados, investigamos se os genes estavam sendo expressos e se as enzimas tinham atividade funcional no animal. Amostras de homogeneizados intestinais do inseto foram ensaiadas contra PGA em teste de difusão radial, onde a atividade detectada foi proporcional à quantidade de amostra aplicada, demonstrando que a enzima além de ser expressa, é também funcional. A distribuição espacial da enzima foi ensaiada através da dosagem dos açúcares redutores, cujo tampão mais adequado foi o citrato-fosfato, com atividade ótima no pH 6,5. Os resultados mostraram maior atividade nas amostras do conteúdo luminal, confirmando que a enzima é secretada no intestino do inseto, embora os valores das atividades absoluta e específica tenham se mostrado baixos. SDS-PAGE foi preparado para confirmação do número de isoformas encontradas em estudos anteriores. Apenas duas isoformas foram detectadas, com formação de bandas em diferentes faixas de pHs. Atividade da enzima pectinase também foi ensaiada através do teste de difusão radial contra pectina, apresentando atividade e proporcionalidade em relação à quantidade de amostra aplicada, constituindo um novo ponto a ser abordado na espécie quanto às enzimas celulolíticas.<br> / Abstract : Plant cell walls contain a complex mixture of proteins and polysaccharides, requiring a number of enzymes to degrade them. Organisms capable of secreting enzymes active on the cell wall constituents can use it as a source of nutrients, acting as true plant pathogens, generating losses in agricultural production and consequently in the economy. The search for new methods of pest control has driven studies based on their biology, aiming to reduce the use of chemicals, known to harm the environment and consumers. In larvae of Callosobruchus maculatus, known as cowpea beetle, gene sequences encoding putative polygalacturonases were detected. These enzymes degrade polygalacturonic acid (PGA) present in the matrix of pectin in the plant cell wall. To assess if the enzymes were functional in C. maculatus, samples containing intestinal homogenates were tested against PGA in radial diffusion assays, where the activity detected was proportional to the amount of sample applied. The confirmation of the origin of the activity was performed using the same test, by using a cowpea flour extract, as enzyme source, which was inactive. The spatial distribution of the enzyme among the different compartments of the gut of the insect was assayed by the DNS method, whose the most suitable buffer among the tested, was citrate-phosphate, with maximum activity at pH 6.5. Results showed greater activity in the samples of luminal contents, confirming that the enzymes are secreted in the gut of the insect, although the values of absolute and specific activities have been shown very low. SDS-PAGE was prepared to confirm the number of isoforms found in the transcriptome and in the proteome of C. maculatus, however, only two isoforms were detected with bands at different pH values. Due to the commonly presence of genes encoding plants cell wall degrading enzymes in other members of the Chrysomelidae family, pectinase activity was also assayed in intestinal homogenates of larval C. maculatus. Radial diffusion assays against pectin confirmed activity and proportionality in relation to the amount of sample applied, constituting a new point to be addressed about the cellulolytic enzymes in the species

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-21T04:09:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344681.pdf: 4209817 bytes, checksum: 49ff9810eceba75eca01c547eae0947b (MD5) Previous issue date: 2016 / Abstract : This thesis was developed in the context of citrus waste biorefineries. Within such biorefineries, it has been proposed that the pectinases to be used for hydrolysis of pectin be produced by solid-state fermentation, using the filamentous fungus Aspergillus niger. During solid-state fermentation, aerial hyphae occupy the interparticle spaces, binding adjacent particles together, while surface, biofilm and penetrative hyphae secrete a pool of hydrolytic enzymes that decrease the firmness of the solid particle. The resulting morphology of the mycelium, namely the spatial distributions of these hyphae, is related to mass and heat transfer within the fermentation bed and, apparently, to the production of hydrolytic enzymes. However, more studies are necessary to understand the factors that determine the morphology of the mycelium. A useful tool for guiding such studies is a 3D phenomenological model that describes the morphology of the mycelium formed by the filamentous fungus and relates this morphology with intra- and extracellular phenomena, such as, for example, intracellular flow of substrate through the fungal network. The aim of the thesis was to provide theoretical and experimental foundations for the development of such a model. This objective was achieved in two main steps: development of a computational model for penetrative and aerial hyphae and time-lapse visualization of mycelial growth. The computational model was developed to explore the factors affecting the distribution of aerial hyphae with height above the surface and of penetrative hyphae with depth below the surface, with rules of branching and inactivation that were different for each type of hypha. These rules were adjusted to data from the literature for the growth of Rhizopus oligosporus and Aspergillus oryzae on solid media. The adjusted rules lead to the hypothesis that penetrative hypha extend mainly downwards, with their maximum length being determined by the firmness of the solid particle and the pressure drop inside the hypha. Meanwhile, aerial hyphae grow in any direction, as though their tips move in a random walk, and there is no limitation of maximum height. Aerial hyphae seem to stop extending due to steric impediments, resulting in a maximum local biomass concentration. In order to study the growth of penetrative hyphae and expression of hydrolytic enzymes, fluorescent strains of Aspergillus niger were constructed. The mode of growth of penetrative hyphae was characterized with various different inoculum density and the types of carbon sources in the medium. These results indicated that penetrative hyphae differentiate around the same time reproductive hyphae begin to grow: extension of leading hyphae is interrupted and intense branchingstarts. In addition, expression of exopolygalacturonase B in penetrative hyphae also changes with differentiation: from apical and limited to few hyphae to subapical and present in the majority of hyphae. / Esta tese foi desenvolvida no contexto de biorrefinarias de polpa cítrica. Para estas biorrefinarias, propõe-se que as pectinases a serem usadas na hidrólise da pectina sejam produzidas por fermentação em estado sólido, utilizando o fungo filamentoso Aspergillus niger. Na fermentação em estado sólido, hifas aéreas ocupam o espaço entre as partículas, entrelaçando partículas adjacentes, enquanto que hifas superficiais, de biofilme e penetrantes secretam enzimas hidrolíticas que modificam a consistência das partículas. A morfologia do micélio formado, ou seja, a distribuição espacial das hifas, está relacionada com a eficiência de transferência de massa e de calor através do leito de fermentação e, aparentemente, com a produção de enzimas hidrolíticas. No entanto, faltam estudos sobre os fatores que determinam a morfologia do micélio. Uma ferramenta útil para guiar estes estudos é um modelo fenomenológico 3D que descreve a morfologia adotada pelo fungo filamentoso e relaciona esta morfologia a fenômenos intra e extracelulares, como, por exemplo, fluxo intracelular de substrato através do micélio. O objetivo desta tese foi obter fundamentação teórica e experimental para o desenvolvimento deste modelo. Para este fim, o trabalho foi conduzido em duas partes: desenvolvimento de um modelo matemático para hifas penetrantes e aéreas e visualização do crescimento do micélio em time-lapse. O modelo matemático foi desenvolvido para investigar os fatores que afetam a distribuição de hifas aéreas em função da altura acima da superfície do meio e de hifas penetrantes em função da profundidade abaixo da superfície. Neste modelo, o espaço acima e abaixo da superfície é dividido em andares e a extensão das hifas é descrita pela adição de segmentos de hifa, de tamanho fixo, em cada andar. O modelo inicia-se com pontas de hifa na superfície, a partir das quais segmentos de hifa podem estender e cada segmento formado pode continuar estendendo, ramificar ou inativar, de acordo com regras de probabilidade, que são diferentes para cada tipo de hifa. Estas regras, e os parâmetros correspondentes, foram ajustadas aos dados de distribuição de biomassa de Rhizopus oligosporus e Aspergillus oryzae, em diferentes meios sólidos. Com base nestas regras, foram propostas hipóteses de que as hifas penetrantes estendem principalmente para baixo e o comprimento máximo delas é determinado pela consistência da partícula sólida e pela perda de carga no interior da hifa. Enquanto isso, as hifas aéreas crescem em qualquer direção, como se suas pontas se movimentassem seguindo o passeio aleatório, e não há limitação de altura máxima para o crescimento. As hifas aéreas param de estender devido ao impedimento estérico,resultante de uma máxima concentração local de biomassa. A fim de investigar o crescimento de hifas penetrantes e a expressão de pectinases ao longo do micélio, duas cepas fluorescentes de Aspergillus niger foram desenvolvidas: as duas cepas expressam o gene eGFP (proteína fluorescente verde melhorada) sob um promotor constitutivo e um gene de fusão de uma poligalacturonase e mCherry, que é uma proteína fluorescente vermelha, sob o promotor nativo da poligalacturonase. A poligalacturonase escolhida para a cepa pgaRed foi a endopoligalacturonase B, codificada no gene pgaB, cujo promotor é constitutivo, ao passo que a poligalacturonase escolhida para a cepa pgxRed foi a exopoligalacturonase B, codificada no gene pgxB, cujo promotor é induzido por galacturonato presente no meio. Através destas cepas, o modo de crescimento das hifas penetrantes foi caracterizado: se a densidade de esporos é baixa, hifas penetrantes podem ser formadas diretamente do tubo germinativo, caso contrário, as hifas penetrantes são formadas apenas depois que as hifas superficiais atingirem uma densidade mínima; as ramificações são subapicais e bem distribuídas ao longo da hifa parental, exceto quando a densidade de hifas dentro do sólido é alta e, neste caso, as ramificações ocorrem nas regiões de menor densidade de hifas, que geralmente são próximas às pontas das hifas parentais. As hifas penetrantes diferenciam-se no mesmo momento em que surgem as hifas reprodutivas e, a partir deste momento, as hifas parentais param de estender e ocorre intensa formação de ramificações. Além disso, a expressão de pgxB nas hifas penetrantes muda de apical, e limitada a poucas hifas, para subapical e presente na maioria das hifas. O tipo de fonte de carbono afeta o tempo de germinação, a profundidade máxima atingida pelas hifas penetrantes e a frequência de ramificação por hifa. Por fim, o conhecimento adquirido com as cepas fluorescentes foi utilizado para delinear como o modelo fenomenológico 3D deve ser desenvolvido no futuro.

Orientador : Prof. Dr. David Alexander Mitchell / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 30/03/2016 / Inclui referências : f.66-72 / Área de concentração: Desenvolvimento de processos químicos / Resumo: A fermentação em estado sólido (FES) tem o potencial de ser utilizada para a produção de pectinases, que poderiam então ser utilizadas para a sacarificação de pectina em biorrefinarias de polpa cítrica. Em um estudo recente da produção de pectinases por Aspergillus niger em biorreator de leito fixo em escala piloto, foram reportados problemas com a aglomeração de partículas e encolhimento do leito. Isto provocou a formação de caminhos preferenciais, levando ao superaquecimento em regiões localizadas do leito e à falta de uniformidade da atividade pectinolítica no final do cultivo. No presente trabalho, foi investigada a utilização da agitação intermitente como uma estratégia para prevenir a aglomeração e, assim, melhorar o desempenho em um biorreator de leito fixo para a produção de pectinases. Foram comparados três regimes de agitação com um substrato que consiste da mistura de 27 kg de farelo de trigo e 3 kg de bagaço de cana de açúcar: uma única agitação (10 h), três agitações (8, 10 e 12 h) e cinco agitações (a cada 2 h de 8 a 16 h). Foi obtida boa uniformidade na atividade pectinolítica após um evento de agitação, mas se o leito ficar sem agitação por períodos em torno de 10 h, o problema da aglomeração tende a retornar, o que pode levar a perda da uniformidade. O regime com o melhor desempenho foi um cultivo de 20 h com três agitações. A aglomeração não ocorreu e, como resultado, a temperatura do leito foi mantida na faixa de 30 a 35°C, que é favorável ao crescimento de A. niger. Através desse controle da temperatura, é possível promover a homogeneidade da atividade pectinolítica, com níveis uniformes ao longo de toda a extensão do leito no momento da colheita. Para 15 amostras retiradas a partir de diferentes posições na vertical e na horizontal do leito no final desse cultivo, a atividade pectinolítica média foi de 22 U g?1, com desvio padrão da amostra de 2 U g?1. Conclui-se que a utilização de biorreatores de leito fixo com agitação intermitente é uma estratégia promissora para a produção de pectinases em FES. Palavras-chave: Fermentação em estado sólido. Biorreator de leito fixo. Aspergillus niger. Agitação intermitente. Pectinases. Uniformidade do produto. / Abstract: Solid-state fermentation (SSF) has the potential to be used for the production of pectinases, which could then be used for the saccharification of pectin in citrus waste biorefineries. In a recent study of production of pectinases by Aspergillus niger in a pilot-scale packed-bed bioreactor, we encountered problems with the agglomeration of particles and shrinkage of the substrate bed. This led to the creation of preferential flow paths, with overheating in localized regions of the bed and a lack of uniformity of pectinase levels at the end of the fermentation. In the current work, we investigated the use of intermittent agitation as a strategy for preventing agglomeration and thereby improving the performance of our pilot-scale packed-bed bioreactor. We compared three agitation regimes with a substrate mixture consisting of 27 kg of wheat bran and 3 kg of sugarcane bagasse: a single agitation (10 h), three agitations (at 8, 10 and 12 h) and five agitations (every 2 h from 8 to 16 h). Good uniformity of pectinase activity in the bed was achieved after an agitation event, but if the bed was left unmixed for periods of around 10 h, the agglomeration problems tended to return, with subsequent loss of uniformity. The best regime was that with three agitations. Agglomeration did not occur and, as a result, the bed temperature was maintained in the range of 30 to 35°C, which is favorable for growth of A. niger. Harvesting would be at 20 h, when the pectinase levels were relatively uniform within the bed: For 15 samples removed from different vertical and horizontal positions of the bed at this time, the average pectinase activity was 22 U g?1 and a sample standard deviation of 2 U g?1. We conclude that use of intermittently-mixed packed-bed bioreactors is a promising strategy for producing pectinases in SSF. Key-words: Solid-state fermentation. Packed-bed bioreactor. Aspergillus niger. Intermittent agitation. Pectinases. Product uniformity.

Em biorreatores de agitação mecânica (STR), a circulação e a mistura do fluido são influenciadas pela configuração do equipamento e pela disposição dos impelidores e aspersores de gás. Já em biorreatores airlift, sua geometria e, principalmente, o tipo e forma de aspersão de oxigênio, têm primordial efeito tanto na transferência de oxigênio quanto no crescimento microbiano e na formação de produtos. Para o cultivo de Aspergillus oryzae IPT-301, o suprimento de oxigênio é um parâmetro fundamental, em razão do metabolismo unicamente aeróbio deste microrganismo. Neste contexto, analisou-se o transporte de massa gasosa em ambos os equipamentos, contendo fluidos com viscosidades distintas: água destilada e diferentes concentrações de soluções de pectina. Com estudos de mecânica dos fluidos, correlações matemáticas empíricas para determinação do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (KLa) foram utilizadas para relacionar os resultados experimentais com os calculados. A produção de pectinases também foi avaliada nesses equipamentos. O meio de cultivo continha sais nutrientes, extrato de levedura, glicose e pectina cítrica. Avaliaram-se diferentes configurações de impelidores Rushton e pitched blade, além de várias geometrias de aspersores de gás, tais como ferradura de aço inoxidável, pedra sinterizada, aeradores de aquário e de latão e funis de vidro sinterizado. Em STR, a análise fatorial mostrou que os maiores incrementos de KLa foram com a combinação de impelidores Rushton, em água, com aspersor do tipo aquário a 700rpm e 1,71L/L/min; em airlift, com o aspersor aquário, alocado na região externa do tubo interno, e com o aspersor pedra sinterizada. O modelo proposto por Miller (1974) foi o mais adequado para determinar a potência requerida pelos fluidos deste trabalho, em STR e sob aeração. O modelo de Wang et al. (1979), com adaptações, ajustou-se aos dados com água; e para as soluções de pectina, a correlação descrita por Badino Jr. et al. (2001) foi melhor ajustada. Três ensaios para produção enzimática foram processados em STR: ambos com três impelidores Rushton, aspersores dos tipos ferradura (A), aquário (B) e aquário com meio com pectina desesterificada (C). Em airlift, foram testadas as condições produtivas com os aspersores do tipo aquário (externo) (A), pedra sinterizada (B) e aquário (externo), com pectina desesterificada (C). Em STR, o melhor resultado de KLa, em meio isento de células, foi na condição C (29,88h-1), bem como vantagens econômicas como o menor tempo de permanência da máxima frequência dos agitadores (tf,máx) (A: 23h; B: 8,5h; C:5h). Porém, resultado superior de máxima produção de pectinases foi na condição B (A: 24,60U/mL; B: 25,53U/mL; C: 13,36U/mL) em tf,máx inferior à condição A. Em airlift, o transporte de oxigênio, em meio isento de células, foi mais favorecido em A (21,96h-1), bem como o menor tempo máximo para manter a máxima vazão específica do gás (A: 29h; B: 72h; C: 57h). Além disso, a máxima atividade enzimática foi superior na mesma condição (A: 24,61U/mL; B: 21,94U/mL; C: 2,29U/mL). Assim, conclui-se que, desde que planejadas as condições operacionais e de processo de produção de pectinases de A. oryzae, ambos os biorreatores podem ser aplicados na produção de pectinases fúngicas. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-04-29T14:18:46Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Henrique Stuani.pdf: 2953600 bytes, checksum: 1ab57ebbd31c1cc7c4c0b5c2b729cdd5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-29T14:18:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Henrique Stuani.pdf: 2953600 bytes, checksum: 1ab57ebbd31c1cc7c4c0b5c2b729cdd5 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior,CAPES / In stirred tank reactors (STR), circulation and mixing of fluid are influenced by the reactor configuration and by how the impellers and the gas spargers are arranged in them. On the other hand, in airlift bioreactors, their geometry and especially the type and form of oxygen sparging have an effect on both oxygen transfer and on microbial growth and product formation. Oxygen supply for the cultivation of Aspergillus oryzae IPT-301 is a key parameter due to the aerobic metabolism of this microorganism. In this context, oxygen transfer in both equipments was analyzed. They contained fluids with different viscosities: distilled water and different concentrations of pectin solutions. Through the use of fluid mechanics studies, empirical mathematical correlations were used in order to determine the volumetric oxygen transfer coefficient (KLa) to match experimental and calculated results. Pectinase production was also assessed in those devices. The culture medium contained salts, yeast extract, glucose and citrus pectin. Different Rushton and pitched blade impeller configurations were evaluated, as well as various gas sparger geometries, such as stainless steel horseshoe, sintered stone, aquarium and brass spargers, and also sintered glass funnels. In STR, factorial design showed that the largest KLa value was obtained with the combination of Rushton impellers, in water, with the aquarium sparger, at 700rpm and 1.71L/min; in airlift, with the same sparger, put in the outer space of the inner tube and with the sintered stone sparger. The empirical correlation proposed by Miller (1974) was the most suitable one to determine the power requirement by the fluids in this work, in STR and under aeration. The correlation proposed by Wang et al. (1979), with adaptations, was better adjusted to the data set with water; the correlation described by Badino Jr. et al. (2001) was better suited for pectin solutions. Three tests for enzyme production were processed in STR: with three Rushton impellers, in all of them, and horseshoe (A), aquarium (B) and aquarium with non-esterified pectin medium (C) spargers. In airlift, enzyme production was tested with aquarium (external) (A), sintered stone (B) and aquarium (external) with non-esterified pectin (C) spargers. In STR, the best result of KLa in cell-free medium was provided in condition C (29.88h-1), as well as economic advantages such as shorter length of maintenance of the maximum impeller speed (tf,máx) (A: 23h; B: 8.5h; C: 5h). Nonetheless, higher pectinase production was obtained in condition B (A: 24.60U/mL; B: 25.53U/mL, C: 13.36U/mL) in tf,máx shorter than in condition A. In airlift, higher oxygen transfer in cell-free medium was obtained in condition A (21.96h-1), as well as the lowest length of maintenance of the maximum specific gas flow rate (A: 29h; B: 72h; C: 57h). Furthermore, maximum enzyme activity was higher in the same condition (A: 24.61U/mL; B: 21.94U/mL, C: 2.29U/mL). Thus, we conclude that if the operational conditions for pectinase production by A. oryzae are well planned, both bioreactors can be applied for the production of fungal pectinases.

Em biorreatores de agitação mecânica (STR), a circulação e a mistura do fluido são influenciadas pela configuração do equipamento e pela disposição dos impelidores e aspersores de gás. Já em biorreatores airlift, sua geometria e, principalmente, o tipo e forma de aspersão de oxigênio, têm primordial efeito tanto na transferência de oxigênio quanto no crescimento microbiano e na formação de produtos. Para o cultivo de Aspergillus oryzae IPT-301, o suprimento de oxigênio é um parâmetro fundamental, em razão do metabolismo unicamente aeróbio deste microrganismo. Neste contexto, analisou-se o transporte de massa gasosa em ambos os equipamentos, contendo fluidos com viscosidades distintas: água destilada e diferentes concentrações de soluções de pectina. Com estudos de mecânica dos fluidos, correlações matemáticas empíricas para determinação do coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (KLa) foram utilizadas para relacionar os resultados experimentais com os calculados. A produção de pectinases também foi avaliada nesses equipamentos. O meio de cultivo continha sais nutrientes, extrato de levedura, glicose e pectina cítrica. Avaliaram-se diferentes configurações de impelidores Rushton e pitched blade, além de várias geometrias de aspersores de gás, tais como ferradura de aço inoxidável, pedra sinterizada, aeradores de aquário e de latão e funis de vidro sinterizado. Em STR, a análise fatorial mostrou que os maiores incrementos de KLa foram com a combinação de impelidores Rushton, em água, com aspersor do tipo aquário a 700rpm e 1,71L/L/min; em airlift, com o aspersor aquário, alocado na região externa do tubo interno, e com o aspersor pedra sinterizada. O modelo proposto por Miller (1974) foi o mais adequado para determinar a potência requerida pelos fluidos deste trabalho, em STR e sob aeração. O modelo de Wang et al. (1979), com adaptações, ajustou-se aos dados com água; e para as soluções de pectina, a correlação descrita por Badino Jr. et al. (2001) foi melhor ajustada. Três ensaios para produção enzimática foram processados em STR: ambos com três impelidores Rushton, aspersores dos tipos ferradura (A), aquário (B) e aquário com meio com pectina desesterificada (C). Em airlift, foram testadas as condições produtivas com os aspersores do tipo aquário (externo) (A), pedra sinterizada (B) e aquário (externo), com pectina desesterificada (C). Em STR, o melhor resultado de KLa, em meio isento de células, foi na condição C (29,88h-1), bem como vantagens econômicas como o menor tempo de permanência da máxima frequência dos agitadores (tf,máx) (A: 23h; B: 8,5h; C:5h). Porém, resultado superior de máxima produção de pectinases foi na condição B (A: 24,60U/mL; B: 25,53U/mL; C: 13,36U/mL) em tf,máx inferior à condição A. Em airlift, o transporte de oxigênio, em meio isento de células, foi mais favorecido em A (21,96h-1), bem como o menor tempo máximo para manter a máxima vazão específica do gás (A: 29h; B: 72h; C: 57h). Além disso, a máxima atividade enzimática foi superior na mesma condição (A: 24,61U/mL; B: 21,94U/mL; C: 2,29U/mL). Assim, conclui-se que, desde que planejadas as condições operacionais e de processo de produção de pectinases de A. oryzae, ambos os biorreatores podem ser aplicados na produção de pectinases fúngicas. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior,CAPES / In stirred tank reactors (STR), circulation and mixing of fluid are influenced by the reactor configuration and by how the impellers and the gas spargers are arranged in them. On the other hand, in airlift bioreactors, their geometry and especially the type and form of oxygen sparging have an effect on both oxygen transfer and on microbial growth and product formation. Oxygen supply for the cultivation of Aspergillus oryzae IPT-301 is a key parameter due to the aerobic metabolism of this microorganism. In this context, oxygen transfer in both equipments was analyzed. They contained fluids with different viscosities: distilled water and different concentrations of pectin solutions. Through the use of fluid mechanics studies, empirical mathematical correlations were used in order to determine the volumetric oxygen transfer coefficient (KLa) to match experimental and calculated results. Pectinase production was also assessed in those devices. The culture medium contained salts, yeast extract, glucose and citrus pectin. Different Rushton and pitched blade impeller configurations were evaluated, as well as various gas sparger geometries, such as stainless steel horseshoe, sintered stone, aquarium and brass spargers, and also sintered glass funnels. In STR, factorial design showed that the largest KLa value was obtained with the combination of Rushton impellers, in water, with the aquarium sparger, at 700rpm and 1.71L/min; in airlift, with the same sparger, put in the outer space of the inner tube and with the sintered stone sparger. The empirical correlation proposed by Miller (1974) was the most suitable one to determine the power requirement by the fluids in this work, in STR and under aeration. The correlation proposed by Wang et al. (1979), with adaptations, was better adjusted to the data set with water; the correlation described by Badino Jr. et al. (2001) was better suited for pectin solutions. Three tests for enzyme production were processed in STR: with three Rushton impellers, in all of them, and horseshoe (A), aquarium (B) and aquarium with non-esterified pectin medium (C) spargers. In airlift, enzyme production was tested with aquarium (external) (A), sintered stone (B) and aquarium (external) with non-esterified pectin (C) spargers. In STR, the best result of KLa in cell-free medium was provided in condition C (29.88h-1), as well as economic advantages such as shorter length of maintenance of the maximum impeller speed (tf,máx) (A: 23h; B: 8.5h; C: 5h). Nonetheless, higher pectinase production was obtained in condition B (A: 24.60U/mL; B: 25.53U/mL, C: 13.36U/mL) in tf,máx shorter than in condition A. In airlift, higher oxygen transfer in cell-free medium was obtained in condition A (21.96h-1), as well as the lowest length of maintenance of the maximum specific gas flow rate (A: 29h; B: 72h; C: 57h). Furthermore, maximum enzyme activity was higher in the same condition (A: 24.61U/mL; B: 21.94U/mL, C: 2.29U/mL). Thus, we conclude that if the operational conditions for pectinase production by A. oryzae are well planned, both bioreactors can be applied for the production of fungal pectinases.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-11-27Bitstream added on 2014-06-13T20:04:36Z : No. of bitstreams: 1 freitas_pm_dr_rcla.pdf: 670514 bytes, checksum: 22df87c8cdf056a03825df30dc778c89 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O fungo Rhizomucor pusillus A 13.36, quando cultivado por fermentação em estado sólido utilizando farelo de algodão como fonte de carbono por 72 horas, produziu altos níveis de poligalacturonase (18,6U/g). Essa enzima apresentou atividade máxima em pH 5,5 e em 55oC. A poligalacturonase bruta apresentou estabilidade na faixa de pH entre 4,5 e 6,5, com uma atividade residual de 91,3% no pH 6,5, e também até 70oC por 1h, com atividade residual de 80% nas temperaturas de 55 a 60oC. Esta enzima foi purificada por concentração e uma combinação de procedimentos de gel filtração e cromatografia de troca-iônica. A massa molecular da enzima foi 53,7kDa. A focalização isoelétrica mostrou uma única banda cujo ponto isoelétrico (pI) foi 3,8. A atividade máxima da enzima purificada também ocorreu em pH 5,5 e a 55oC. A enzima purificada foi estável na faixa de pH 4,5 a 6,5, com atividade residual na faixa de 80 a 100%, e também até 70oC por 1h, com atividade residual de 100% nas temperaturas de 55 a 60oC. A enzima purificada foi totalmente inibida por Ca2+, Cu2+, Hg2+ e 80% inibida por Fe2+ e Ag+. Mg2+ estimulou a atividade da poligalacturonase em 100%. Entre os substratos avaliados, a pectina de citrus (D.E. 92%) foi o que mais estimulou a ação da enzima. A afinidade por pectinas de alta esterificação e a ausência de atividade quando o ácido poligalacturônico foi usado como substrato, indica que a enzima purificada é uma polimetilgalacturonase. Os resultados obtidos pela cromatografia de papel demonstraram que a polimetilgalacturonase purificada possui o modo de clivagem endo/exo misto. O Km com pectina de citrus foi 10,78mg mL-1 e a Vmax foi 2379,04μmolmin-1mg-1. As possíveis aplicações desta enzima incluem composição de detergentes, processamento têxtil e de fibras de celulose, degradação ou modificação de material vegetal, aditivo... / Rhizomucor pusillus A 13.36 produced high levels of polygalacturonase (18.6U/g) in solid state fermentation in medium composed by cotton bran for 72 hours. This enzyme showed maximal activity at pH 5.5 and 55oC. Crude polygalacturonase was stable from pH 4.5 to 6.5, with remaining activity of 91,3% at pH 6.5, and stable until 70oC for 1h, with remaining activity of 80% at 55-60oC. This enzyme was purified by concentration and a combination of gel filtration and ion exchange chromatographic procedures. The molecular mass of the enzyme was 53.7kDa. Isoelectric focusing showed a single band with an isoelectric point (pI) of 3.8. The purified enzyme also showed maximum activity at pH 5.5 and 55oC. The purified enzyme was stable from pH 4.5 to 6.5, with remaining activity range of 80 to 100%, and stable until 70oC for 1h, with remaining activity of 100% at 55-60oC. The purified enzyme was totally inhibited by Ca2+, Cu2+, Hg2+ and 80% inhibited by Fe2+ and Ag+. Mg2+ increased poligalacturonase activity in 100%. Citrus pectin (D.E. 92%) was found to be the preferred substrate among the different substrates tested in the enzyme assay. The affinity for high pectin esterification and the lack of activity when polygalacturonic acid was used as substrate, indicates that the enzyme is a polymethylgalacturonase. The results obtained by paper chromatography showed that the purified polymethylgalacturonase has the mixed endo/exo mode of cleavage. The Km with citrus pectin was 10.78mg mL-1 and the Vmax was 2379.04μmolmin-1mg- 1. The possible applications of this enzyme include the composition of detergents, textile and cellulosic fiber processing, degradation or modification of plant material, animal feed additive and wine and juice processing.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Cassava is an important source of nutrients, and also of great importance as agro-industrial raw materials and can be used to produce ethanol. Through the process of hydrolysis, acid or enzyme, starch is converted into sugars. The hydrolyzed by enzymes are the most important commercial modified starches such as dextrins, maltose, etc. This paper aims at the use of cassava "in natura" disposal, to determine the optimal conditions for hydrolysis step, through the use of pectinolytic and amylolytic enzymes. We developed a Central Composite Rotational Design, 24, with four repetitions of the center point and eight trials with the axial points, which were used as independent variables pectinase dosage (0; 2,35; 4,7; 7,05 and 9,4 μL/g mat.seca) dose of amyloglucosidase (0,36; 0,52; 0,68; 0,84 and 1μL/g starch), diluting the cassava/water (1:1; 1:1,41; 1:2; 1:2,59 and 1:3) and hydrolysis time (4, 21, 38, 55 and 72 hours after the addition of the last enzyme) being kept constant dose of α-amylase (0.8mL/g starch) for all tests. The dependent variables analyzed were °Brix and efficiency of hydrolysis. The Brix is directly related to the amount of soluble solids, and therefore the greatest value found was 19°Brix, who used the test dilution cassava/water 1:1, independent of changes in other factors. The optimum process conditions was found using the following parameters: Dosage of amyloglucosidase of 0,84mL/g starch; pectinase dosage of 7,05mL/g mat.seca; Dilution of cassava solution/water 1:1,41, and hydrolysis time (after the last addition of enzyme) for 21 hours, with an efficiency of 100% hydrolysis. The presence of pectinase did there was a 20% increase in the efficiency of hydrolysis, compared with trials that have not used it. / A mandioca é uma importante fonte de nutrientes, e também de grande importância como matéria-prima agroindustrial, podendo ser utilizada para a produção de etanol. Através do processo de hidrólise, ácida ou enzimática, o amido é convertido em açúcares. Os hidrolisados por enzimas são os mais importantes amidos modificados comerciais, como dextrinas, maltoses, etc. Este trabalho objetivou a utilização da mandioca in natura , de descarte, para a determinação das condições ótimas para a etapa de hidrólise, através da utilização de enzimas amilolíticas e pectinolítica. Foi desenvolvido um Delineamento Composto Central Rotacional, 24, com 4 repetições do ponto central e 8 ensaios com os pontos axiais, onde foram utilizados como variáveis independentes dosagem de pectinase (0; 2,35; 4,7; 7,05 e 9,4μL/g de mat.seca), dosagem de amiloglicosidase (0,36; 0,52; 0,68; 0,84 e 1μL/g de amido), diluição da solução mandioca/água (1:1, 1:1,41, 1:2, 1:2,59 e 1:3) e tempo de hidrólise (4, 21, 38, 55 e 72 horas, após adição da última enzima), sendo mantido constante a dosagem de α-amilase (0,8μL/g amido) para todos os ensaios. As variáveis dependentes analisadas foram °Brix e Eficiência da hidrólise. O Brix está diretamente relacionado com a quantidade de sólidos solúveis, logo o maior valor encontrado foi de 19°Brix, no ensaio que utilizou a diluição mandioca/água 1:1, independente da variação dos demais fatores. A condição ótima de processo foi encontrada com a utilização dos seguintes parâmetros: Dosagem de amiloglicosidase de 0,84μL/g de amido; Dosagem de pectinase de 7,05μL/g de mat.seca; Diluição da solução mandioca/água de 1:1,41 e tempo de hidrólise (após a adição da última enzima) de 21 horas, com uma eficiência de hidrólise de 100%. A presença da pectinase fez que houvesse um aumento de 20% na eficiência da hidrólise, comparada com ensaios que não a utilizaram.

Nesse trabalho, isolados fúngicos obtidos de vegetais em decomposição foram testados quanto à sua capacidade de produzir pectinases aplicáveis ao tratamento enzimático de sucos de maçã e de mirtilo. Com base na secreção de endo-poligalacturonase (endo-PG), dois isolados identificados e denominados Aspergillus niger LB23 e Aspergillus fumigatus LB39J foram selecionados para uso em processos em estado sólido e submerso, respectivamente. Os extratos enzimáticos dessas linhagens não apresentam teores de aflatoxinas totais (B1, B2, G1, G2) até um limite de detecção de 2 μg/Kg. A preparação enzimática obtida em cultivo em estado sólido de A. niger LB23 apresentou maiores atividades de endo-PG e exo-poligalacturonase (exo-PG) em pH 4,0, enquanto a reação enzimática com os extratos enzimáticos obtidos em cultivos submersos de A. fumigatus LB39J foram favorecidos em pH entre 4,0 e 5,0, para endo-PG, e 5,0, para exo-PG. Com relação à temperatura de reação da preparação pectinolítica de A. niger LB23, endo e exo-PG mostraram melhores desempenhos nas faixas 40-50°C e 50-60°C, respectivamente. Para as poligalacturonases de A. fumigatus LB39J, definiu-se um intervalo entre 40 e 60°C, para endo-PG, e 60ºC, para exo-PG, como as melhores temperaturas. Quando a estabilidade térmica das poligalacturonases presentes em ambas as preparações foi avaliada, observou-se preservação de cerca de 70% das atividades após 150 minutos de exposição a temperaturas de até 40ºC. Foi avaliada a influência de diferentes concentrações de glicose e pectina sobre os resultados do processo em cultivos em estado sólido com A. niger LB23, sendo observado incremento das atividades de endo e exo-PG em meio com 6% (m/m) de pectina e isento de glicose, atingindo-se 65 unidades por grama de meio seco (U/g) e 198 U/g, respectivamente. Em cultivos submersos com A. fumigatus LB39J, maiores atividades foram obtidas em meio com 20 g/L de pectina e sem glicose: 42 U/mL de endo-PG e 32 U/mL de exo-PG. Nas condições definidas para o processo submerso, foram testados diferentes valores de pH inicial do meio. As máximas atividades foram observadas com pH inicial 3,0 para endo-PG (44 U/mL) e 4,0 para exo-PG (37 U/mL). Adicionalmente, em fermentador de bancada, constatou-se que um valor de pH inicial de 4,0, com o valor mínimo sem controle e, após, com o valor máximo controlado em 3,5, proporcionou as maiores atividades com 81 U/mL de endo-PG e 49 U/mL de exo-PG. Comparando-se os extratos enzimáticos produzidos pelas linhagens selecionadas, verificou-se que as pectinases produzidas por A. niger LB23 foram mais eficientes na hidrólise enzimática das substâncias pécticas presentes nos sucos de maçã e mirtilo, proporcionando, maior redução de turbidez (90 e 40%) e viscosidade (40 e 60%) e aumento na clarificação (90 e 55%). Esses resultados indicam o potencial das pectinases de A. niger LB23 para o tratamento enzimático de sucos de frutas, ressaltando-se que o teor de compostos fenólicos e a capacidade antioxidante dos sucos foram, em sua maior parte, preservados após o tratamento. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-02T17:45:32Z No. of bitstreams: 1 Tese Ivana Greice Sandri.pdf: 1824755 bytes, checksum: c0fad543a60bbb77cd7beb3d28893487 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-02T17:45:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Ivana Greice Sandri.pdf: 1824755 bytes, checksum: c0fad543a60bbb77cd7beb3d28893487 (MD5) / In this work, fungus samples isolated from decomposing vegetables were tested with respect to their capacity of producing pectinases to be applied to the enzymatic treatment of apple and bilberry juices. Taking in account the secretion of endo-polygalacturonase (endo-PG), two isolates which were identified and named Aspergillus niger LB23 e Aspergillus fumigatus LB39J were selected for solid-state and submerged cultivations, respectively. The enzymatic extracts from these strains did not present total aflatoxin (B1, B2, G1, G2) levels up to detection limit of 2 μg/Kg. The enzyme preparation obtained from solid-state cultivation of A. niger LB23 showed the largest activities of both endo-PG and exo-polygalacturonase (exo-PG) at pH 4.0, whereas the reaction with submerged A. fumigatus L39J enzymatic extracts was favoured at pH between 4.0 and 5.0 for endo-PG and 5.0 for exo-PG. With respect to the reaction temperature for A. niger LB23 pectinolytic preparation, endo and exo-PG showed the best performances at the ranges 40-50ºC and 50-60ºC, respectively. For A. fumigatus L39J polygalacturonases, a range from 40 to 60ºC, for endo-PG, and 60ºC, for exo-PG, were defined as the best temperatures. When the thermal stability of polygalacturonases present in both preparations was evaluated, preservation of about 70% of activities was observed after exposing the enzymes to temperatures up to 40ºC for 150 minutes. The influence of different glucose and pectin concentrations on the results of the solid-state process with A. niger LB23 was assessed and an increment in endo and exo-PG activities were observed in medium containing 6% (w/w) of pectin and absence of glucose, with activities of 65 units per gram of dry medium (U/gdm) and 198 U/gdm being achieved. In submerged cultivation of A. fumigatus LB39, highest enzyme activities were obtained in medium with 20 g/L of pectin and without glucose: 42 U/mL for endo-PG and 32 U/mL for exo-PG. In the conditions defined for the submerged process, different medium initial pH values were tested. Maximum activities were observed at initial pH of 3.0 for endo-PG (44 U/mL) and 4.0 for exo-PG (37 U/mL). Furthermore, in bench bioreactor, it was observed that an initial pH of 4.0, with uncontrolled minimum value and, afterwards, maximum value controlled at 3.5 led to the largest enzyme production with 81 U/mL of endo-PG and 49 U/mL of exo-PG. By comparing the enzymatic preparations produced by the selected strains, it was noticed that the pectinase produced by A. niger LB23 were more efficient for the hydrolysis of pectic substances present in both apple and bilberry juices, since it improved reduction of turbidity (90 and 40%) and viscosity (40 and 60%) and increasing clarification (90 and 55%), respectively. These results indicate the potential of A. niger LB23 pectinases for the enzymatic treatment of fruit juices, being remarkable that both the level of phenolic compounds and antioxidant capacity of juices were mostly preserved after treatment.

No presente trabalho, a produção de pectinases por Aspergillus niger LB-02-SF em estado sólido foi estudada em biorreator de tambor rotativo em escala de bancada. Adicionalmente, a extração e a concentração do extrato enzimático foram avaliadas. Com o extrato concentrado por ultrafiltração, formulações com KCl e glicerol foram testadas quanto à conservação da atividade enzimática e à eficiência no tratamento de sucos de frutas. Com respeito à produção das pectinases em biorreator, os parâmetros de operação avaliados foram: a agitação, a temperatura do cultivo, o volume de ocupação (30, 50 e 70%) e o fluxo específico de ar (0,18, 0,36, 0,54, 0,72 e 0,90 LkgM – litros de ar por kg de meio por minuto). Ensaios sem e com agitação do biorreator (frequência de 1 rpm por 5 minutos, a cada 120 minutos) indicaram que, para o volume de ocupação de 30%, a agitação leva ao aumento do crescimento fúngico e à redução da produção de enzimas, enquanto que com 50% de ocupação, comportamento oposto foi observado. Com 70% de ocupação, não foi observada diferença significativa entre as atividades pectinolíticas obtidas com e sem agitação, sendo que, em ambos os casos, a produção foi prejudicada pela insuficiente aeração do meio. O intervalo entre os eventos de agitação foram avaliados para o volume de ocupação em 70%, não sendo observada diferença significativa na produção de pectinases nos intervalos de 120 minutos (condição padrão) e 90 minutos. Para um intervalo de 60 minutos, a atividade reduziu-se em aproximadamente 58%. Os cultivos com controle de temperatura em 34oC e sem controle indicaram que a produção enzimática foi favorecida com a elevação natural da temperatura do cultivo, um aspecto que pode estar relacionado a uma condição de estresse que levaria à maior produção enzimática. Fluxos específicos de ar entre 0,18 e 0,90 LkgM foram testados em ensaios com 30 e 50% de volume de ocupação do biorreator. Maior crescimento fúngico foi atingido quando o biorreator foi carregado com menor volume de ocupação. Com o fluxo intermediário de 0,54 LkgM, as maiores atividades enzimáticas para ambos os volumes de ocupação foram atingidas; porém, a ocupação de 50% do volume resultou na maior atividade pectinolítica, 178,2 U/g, com uma atividade de 133,4 U/g sendo medida com 30% de ocupação. No estudo sobre a extração de pectinases do meio sólido, com água pH 4, sob agitação de 200 rpm, foi observado que tempos entre 15 e 120 minutos apresentaram resultados similares. Os resultados atingidos apontam que para maior produção enzimática o biorreator deve ser operado com 50% de ocupação, fluxo específico de ar de 0,54 LkgM e intervalos entre as agitações de 120 minutos. Temperaturas de extração de 20, 30 e 40oC não influenciaram na extração de proteínas, porém a atividade de pectinases foi reduzida em 40% a 40oC, possivelmente em razão da termoestabilidade da enzima. Entre as razões de extração sólido / líquido avaliadas, o valor de 1/10 foi a que resultou na maior atividade enzimática solubilizada, sendo recuperados 81% da atividade pectinolítica presente no meio. Nos ensaios de concentração, a ultrafiltração do extrato concentrado sem qualquer tratamento prévio resultou em recuperação de 59% das enzimas e em fluxo final de permeado da ordem de 11 L/m2/h. Por outro lado, o protocolo de operação que incluía o uso de carvão ativado e microfiltração, apresentou recuperação de enzimas de 74% e fluxo final de permeado de 24 L/m2/h, demonstrando a importância dos pré-tratamentos na ultrafiltração. Previamente à preparação das formulações enzimáticas, um volume de 30 L de extrato bruto foi concentrado 103 vezes por ultrafiltração, com recuperação enzimática de 69%, e um extrato com 663 U/mL foi obtido. Este extrato concentrado foi formulado com 20, 30, 40 e 50% (m/m) de glicerol e 2% (m/m) de KCl e avaliado, por 59 semanas, quanto à conservação da atividade a 5°C. Ao final do período de teste, a amostra controle (sem aditivos) teve queda de 25% da atividade além de apresentar contaminação microbiana, enquanto as formulações mantiveram a atividade em torno de 100% durante todo o experimento. A formulação com 50% de glicerol foi utilizada na maceração de uva bordô e na despectinização de sucos de maçã, uva rosada e amora, demonstrando comportamento similar aos encontrados com as preparações comerciais Novozym 33095 e Pectinex Ultra SP-L utilizadas como referência. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-06-12T13:40:01Z No. of bitstreams: 1 Tese Patricia Poletto.pdf: 3241164 bytes, checksum: 9357cad3cf87872921762739e3076144 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-12T13:40:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Patricia Poletto.pdf: 3241164 bytes, checksum: 9357cad3cf87872921762739e3076144 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / In the present work, the production of pectinases by Aspergillus niger LB-02-SF in solid-state cultivation was studied using a rotating drum bench bioreactor. Furthermore, extraction and concentration of enzymes by ultrafiltration were evaluated. Formulations with the concentrated extract, KCl and glycerol were assayed with respect to the maintenance of activity level and the efficiency in the treatment of fruit juices. With respect to the production of enzymes in bioreactor, the operational parameters evaluated were agitation, cultivation temperature, occupation volume (30, 50 and 70%) and specific air flow (0.18, 0.36, 0.54, 0.72 e 0.90 LkgM – liter of air per kilogram of medium per minute). Tests without and with agitation of the bioreactor (1 rpm per 5 minutes each 120 minutes) indicated that, with occupation volume of 30%, agitation leads to increasing fungal growth and decreasing enzyme production, whereas with 50% of occupation an opposite behavior was noticed. With 70% of occupation volume, no significant difference was observed among the pectinolytic activities achieved with and without agitation, the production being hindered in both cases by the insufficient aeration of medium. The interval between agitation events was evaluated for an occupation volume of 70% and no significant difference in enzyme production was observed for the intervals of 90 and 120 minutes (standard condition). For the interval of 60 minutes, the activity was reduced in approximately 58%. The cultivations with temperature control at 34oC and without control indicated that enzyme production was favored with the natural increase of medium temperature, an aspect that could be related to a stress condition that would lead to a higher enzyme production. Specific air flows between 0.18 and 0.90 LkgM were evaluated for 30 and 50% of bioreactor occupation volume. Larger fungal growth was observed when the bioreactor was loaded with the smallest occupation volume. With the intermediate flow of 0.54 LkgM, the highest enzyme activities were achieved for both occupation volumes; however, the occupation volume of 50% resulted the higher activity of 178.2 U/g, with an activity of 133.4 U/g being measured for 30% of occupation. The results achivied indicated that for a higher enzyme production, the bioreactor should be conducted with 50% of occupation volume, specific airflow of 0.54 LkgM and interval between the agitations of 120 minutes. In the study on the extraction of pectinases from the solid medium with water pH 4, under agitation, it was observed that extraction times from 15 to 120 minutes presented similar results. The extraction temperatures of 20, 30 and 40oC did not influence protein extraction, but pectinase activity was reduced in 40% at 40oC, possibly due to the low enzyme thermostability. Among the extraction ratios of solid/liquid assessed, the value 1/10 resulted in the highest enzyme activity solubilized, with recovery of 81% of the pectinolytic activity that was present in the medium. In the concentration tests, ultrafiltration of concentrated extract with no previous treatment resulted in 59% of enzyme activity recovery and in a final permeate flux of about 11 L/m²/h. On the other hand, the operation protocol that included the use of activated charcoal, microfiltration and ultrafiltration presented enzyme recovery of 74% and final permeate flux of 24 L/m2/h, results that demonstrate the importance of pre-treatments in this process. Previously to the preparation of enzyme formulations, a volume of 30 L of enzyme extract was 103-fold concentrated by ultrafiltration, with 69% of enzyme recovery, and a final 663-U/mL extract was obtained. This concentrated extract was formulated with 20, 30, 40 and 50% (w/w) of glycerol and 2% (w/w) of KCl and evaluated for 59 weeks with respect to the enzyme activity conservation at 5ºC. At the end of the test period, the blank sample (with no additives) presented an activity decrease of 25% and also microbial contamination, whereas the formulations preserved 100% of the initial activity along the experiment. The 50%-glycerol formulation was used for Bordô grape maceration and for depectinization of apple, Rosé grape and blackberry juices, showing statistically similar results to those obtained with the commercial preparations Novozym 33095 and Pectinex Ultra SP-L used as reference. The results attained in this work pointed out to the possibility of scaling-up this process, from the enzyme production in solid-state cultivation to the achievement of an enzyme formulation that has shown potential to be used in the industry of fruit juice.