O cultivo de Aspergillus oryzae IPT-301 em meio líquido foi estudado para avaliar a influência
do pH e do suprimento de oxigênio sobre o crescimento fúngico e a formação de pectinases. Definiuse
um meio limitante para o crescimento com as seguintes concentrações: farelo de trigo em extrato
aquoso, 40g/L; glicose, 5g/L; sulfato de amônio, 5g/L; pectina cítrica (indutor), 20g/L. O indutor foi
estudado quanto ao momento de adição ao meio. Com adição em 24h de cultivo, a máxima
concentração de biomassa foi atingida em cerca de 70h, quase 48h depois do observado no ensaio
controle. A atividade enzimática máxima (27U/mL) foi semelhante à condição de referência
(24U/mL), mas a ausência da pectina no início do processo facilitou a mistura e o controle do pH e do
oxigênio dissolvido. No caso, reduziram-se a máxima frequência dos agitadores do biorreator (650
para 600rpm) e o período de tempo em que este nível de agitação precisou ser mantido para
possibilitar a oxigenação do meio (30h para 12h), o que favoreceria a preservação do micélio. Valores
constantes e variáveis de pH do meio foram comparados em ensaios com adição de pectina em 24h e
sem controle de oxigênio dissolvido. Verificou-se que o pH constante de 4,0 favoreceu o crescimento,
que atingiu 4,5g/L, porém a atividade enzimática foi insignificante (1,4U/mL). Quando o pH
decresceu naturalmente até o mínimo de 2,7, foram atingidos concentração de biomassa de 4,0g/L e
atividade de pectinases de 24U/mL; na sequência, porém, a atividade baixou para 2U/mL,
acompanhando o aumento do pH após 96h de processo. Entretanto, em cultivo em que o pH foi
controlado em 2,7 nas horas finais do processo, a atividade enzimática foi preservada. Estes
resultados, juntamente com os de ensaios enzimáticos, demonstraram que as pectinases de A. oryzae
perdem a estabilidade à medida que o pH aumenta. O ensaio com pH constante em 2,7 foi o único em
que a atividade pectinolítica foi superior quando a pectina esteve presente desde o início do cultivo.
Possivelmente, a limitação do crescimento celular (máximo de 3,5g/L) favoreceu os mecanismos de
transferência e mistura, prolongando a viabilidade celular. Cultivos com pH controlado em 4,0 no
período de intenso crescimento celular e em 2,7 para a produção de pectinases (Ensaios T5 e T10)
resultaram em elevadas atividades enzimáticas, especialmente quando a pectina foi adicionada em 24h
(43U/mL). No caso, as mais efetivas condições de transferência de oxigênio e mistura, aliadas ao pH
adequado ao crescimento, permitiram que a biomassa atingisse 6,3g/L e, após a redução do pH a 2,7, a
atividade pectinolítica foi incrementada. Ensaios com oxigênio dissolvido em mínimo de 30% da
saturação foram conduzidos em duas condições: Ensaio B5 - pH inicial 4,0 e controlado em 2,7 após
atingir este valor; Ensaio B6 - pH constante em 4,0 até 24h, seguido de redução para 2,7 e controle
neste valor. As concentrações celulares atingidas em B5 (6,0g/L) e em B6 (6,8g/L) foram semelhantes
à de T10, mas suas máximas atividades pectinolíticas – 106 e 120U/mL, respectivamente – foram as
maiores deste estudo. Estes resultados se deveram, provavelmente, à intensificação do metabolismo
fúngico associado à disponibilidade ilimitada de oxigênio. Apesar de o tempo para atingir os picos de
biomassa e atividade enzimática ter sido aumentado, a produtividade do Ensaio B6 foi 3,7 vezes maior
que a do controle. Os resultados deste trabalho confirmaram que o pH e o suprimento de oxigênio em
cultivos de A. oryzae afetam decisivamente tanto o crescimento quanto a produção de pectinases. As
condições operacionais definidas possibilitaram a redução do crescimento celular – permitindo,
entretanto, a obtenção de atividades enzimáticas elevadas – e, em decorrência, um controle eficiente
dos parâmetros estudados. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-16T13:00:04Z
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Dissertacao Lenara Meneghel Santa Catharina.pdf: 2002637 bytes, checksum: 6291a4802d64eabed73c3db13116f5b5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The cultivation of Aspergillus oryzae IPT-301 in liquid medium was studied to assess the
influence of pH and oxygen supply on the fungal growth and the formation of pectinases. A growthlimiting
medium was defined with the following concentrations: wheat bran in aqueous extract, 40g/L;
glucose, 5g/L; ammonium sulphate, 5g/L; citric pectin (inducer), 20g/L. The inducer was evaluated
with respect to the time of addition to the medium. With the addition in 24h of cultivation, maximum
biomass concentration was achieved in 70h, almost 48h after reaching the cell growth peak of the
control experiment. The maximum enzyme activity (27U/mL) was similar to that of the reference run
(24U/mL), but the absence of pectin at the beginning of the process favoured mixing and the control of
pH and dissolved oxygen concentration. In this case, the maximum impeller speed in the bioreactor
(650 to 600rpm) and the time period that this level of agitation was maintained to provide the best
possible medium oxygenation were reduced (30 to 12h), a condition that could favour the preservation
of mycelium. Constant and varied medium pH values were evaluated in experiments with the addition
of pectin in 24h and without dissolved oxygen concentration control. It was found that a constant pH
of 4.0 favoured biomass growth, but the enzyme activity was insignificant (1.4U/mL). When the pH
naturally decreased up to a minimum of 2.7, biomass concentration of 4.0g/L and pectinase activity of
24U/mL were attained; in the sequence, however, the activity fell to 2U/mL following the increase of
pH observed after 96h. Nevertheless, in the cultivation in which the pH 2.7 was maintained though the
final hours of process, the enzyme activity was preserved. These results together with those from
enzymatic tests have shown that A. oryzae pectinases loose stability as pH rises. The experiment with
constant pH at 2.7 was the only that results in superior pectinase activity with pectin present in the
medium from the beginning of the cultivation. Possibly, cell growth limitation (maximum of 3.5g/L)
favoured mass transfer and mixing mechanisms and the biomass viability was extended. Cultivations
with the pH controlled at 4.0 when the cell growth was more intense and, afterwards, at 2.7 for
pectinase production (Experiments T5 and T10) result in high enzyme activities, especially when
pectin was added in 24h (43U/mL). In the case, the more effective conditions of oxygen transfer and
mixing, allied to the adequate pH for cell growth, allowed that biomass concentration achieved 6.3g/L
and, after reducing the pH to 2.7, pectinolytic activity as increased. Experiments with dissolved
oxygen concentration at a minimum of 30% of saturation were carried out at two conditions:
Experiment B5 - initial pH 4.0 and controlled at 2.7 after reaching this value; Experiment B6 –
constant pH up to 24h, followed by reduction to 2.7 and control at this value. The cell concentrations
achieved in B5 (6.0g/L) and in B6 (6.8g/L) were similar to that of T10, but their maximum pectinase
activities – 106 and 120U/mL, respectively – were the largest in this study. Such results were probably
due to the raising fungal metabolism which is associated to the unlimited oxygen availability.
Although the time to reach the peaks of biomass and enzyme activity has been increased, the
productivity of Experiment B6 was 3.7 times larger than that of the control run. The results of this
work have confirmed that, in cultivations of A. oryzae, the pH and the oxygen supply decisively affect
both cell growth and pectinase production. The defined operational conditions provided the reduction
of cell growth – allowing, however, the achievement of high enzyme activities – and, consequently, an
efficient control of the studied parameters.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:vkali40.ucs.br:11338/682 |
| Date | 22 November 2013 |
| Creators | Santa Catarina, Lenara Meneghel |
| Contributors | Furigo Junior, Agenor, Camassola, Marli, Bettin, Fernanda, Silveira, Maurício Moura da, Malvessi, Eloane |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UCS, instname:Universidade de Caxias do Sul, instacron:UCS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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