Ácidos maltobiônico e lactobiônico são formados pela oxidação de maltose ou lactose, ao passo que, em base equimolar, sorbitol é formado pela redução de frutose, por meio da ação catalítica do complexo enzimático glicose-frutose oxidorredutase (GFOR) e glicono-δ-lactonase (GL), enzimas periplasmáticas de Zymomonas mobilis, os quais têm importantes aplicações na indústria farmacêutica e de cosméticos. Este trabalho objetivou avaliar a síntese biocatalítica de sorbitol e dos ácidos maltobiônico e lactobiônico pelo complexo enzimático GFOR/GL utilizando células/enzimas de Z. mobilis permeabilizadas livres ou imobilizadas em alginato de cálcio e empregando, além de maltose e lactose, matérias-primas complexas como xarope de maltose (42% maltose) e soro do leite (79% de lactose). Em ensaios enzimáticos utilizando maltose e frutose, 0,19 e 0,22mol/L foram obtidos, respectivamente, como constantes de Michaelis-Menten e Vmáx de 25 unidades de GFOR/GL por grama de células secas (U/g), onde U corresponde a mmol de produto formado por hora. As constantes cinéticas foram também definidas para xarope de maltose e frutose, com a obtenção de KM de 0,03 e 0,39 mol/L, respectivamente, e Vmáx de 56 U/g, indicando o efeito da maior afinidade relativa à presença de glicose no xarope. Em bioconversões de maltose e xarope de maltose com células permeabilizadas livres, foram atingidas concentrações dos ácidos orgânicos de 550 e 600 mmol/L, com rendimentos médios de 80 e 90%, respectivamente. Utilizando-se lactose ou soro do leite liofilizado, nas mesmas condições de processo, foram atingidas concentrações finais de ácidos orgânicos de 490 e 430 mmol/L, nessa ordem, com rendimentos aproximados de 76 e 66%. Foram conduzidas, também, bioconversões com células imobilizadas, a partir de maltose e xarope de maltose, resultando 570 e 580 mmol/L em concentração de produto e rendimentos aproximados de 90%. Empregando-se lactose e soro do leite, nas mesmas condições operacionais, obteve-se 490 e 430mmol/L de ácidos orgânicos com conversões de 76 e 65%, respectivamente. Frente aos resultados obtidos com maltose, avaliou-se o efeito do pH (entre 6,0 e 7,2) e da temperatura (de 36 a 47°C), com o sistema GFOR/GL imobilizado em alginato de cálcio. Condições mais favoráveis em termos de formação de produto foram pH 6,4 e 39°C. O controle do pH da bioconversão, por meio da adição de NaOH, resultou na formação dos sais de sódio, maltobionato ou lactobionato, de acordo com o substrato empregado. Esses sais foram precipitados com o uso de etanol, procedimento que demonstrou-se eficiente, favorecendo a recuperação/purificação dos produtos finais. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-09-18T12:32:55Z
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Previous issue date: 2017-09-18 / Maltobionic and lactobionic acid are formed through the oxidation of maltose and lactose, whereas sorbitol is formed in equimolar amount through the reduction of fructose, by means of the catalytic action of the glucose-fructose oxidoreductase (GFOR) and glucono-δ-lactonase (GL) enzymatic complex, periplasmic enzymes from Zymomonas mobilis, which have important applications in the pharmaceutic and cosmetic industries. This work aimed to evaluate the biocatalytic synthesis of sorbitol and maltobionic and lactobionic acids by the enzymatic complex GFOR/GL using permeabilized cells/enzymes of Z. mobilis, free or immobilized in calcium alginate, and employing, besides maltose and lactose, complex raw materials such as maltose syrup (42% maltose) and whey (79% lactose). In enzymatic assays using maltose and fructose, 0.19 and 0.22 mol/L were obtained, respectively, as Michaelis-Menten constants, and a Vmax of 25 units of GFOR/GL per dry cell gram (U/g) was obtained, where U corresponds to mol of product formed per hour. Kinetic constants for maltose and fructose syrups were also defined, with the attainment of KM of 0.03 and 0.39 mol/L, respectively, and Vmax of 56 U/g, indicating the effect of higher affinity related to the presence of glucose syrup. In bioconversions of maltose and glucose syrup with free permeabilized cells, concentrations of organic acids of 550 and 600 mmol/L were achieved, with mean yields of 80 and 90 %, respectively. Using lactose or lyophilized whey, under the same process conditions, final concentrations of organic acids of 490 and 430 mmol/L were achieved, in this sequence, with aproximate yields of 76 and 66%. Bioconversions with immobilized cells were also performed from maltose and maltose syrup, resulting in 570 and 580 mmol/L of products and a yield of approximately 90%. Employing lactose and whey, under the same operational conditions, 490 and 430 mmol/L of organic acids were obtained with conversions of 76 and 65%, respectively. In face of the results obtained with maltose, the effect of pH (between 6.0 and 7.2) and temperature (from 36 to 47°C) were evaluated, with the GFOR/GL system immobilized in calcium alginate. The most favorable conditions in terms of product formation were pH 6.4 and 39°C. The pH control of the bioconversion, through NaOH addition, resulted in the formation of maltobionic and lactobionic sodic salts, in accordance with the substrate employed. These salts were precipitated with ethanol, procedure that was demonstrated to be efficient, promoting the recuperation/purification of final products.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:vkali40.ucs.br:11338/3168 |
| Date | 20 May 2016 |
| Creators | Garin, Diógenes Lunardi |
| Contributors | Dettmer, Aline, Erzinger, Gilmar Sidnei, Dillon, Aldo José Pinheiro, 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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