Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Cellulases are enzyme complex composed of endoglucanases, exoglucanases and β-glucosidases with several biotechnological applications. However, their production cost is a major obstacle for its industrial application. About 40% of the total cellulase production cost is related to the culture medium used for the microorganism growth. In this context, efficient processes for cellulolytic enzyme production are of technical and economical interest. Thus,
the present study aimed to optimize the production of cellulases by Melanoporia sp. using coconut shell powder as substrate in submerged fermentation. The influence of pH and temperature on the enzyme activity was evaluated by univariate experimental design. Then, the composition of the culture medium was sequentially optimized through Plaket
-Burman followed by Central Composite experimental
designs. The fermentation under optimized conditions was subsequently conducted in bioreactor to evaluate the influen
ce of pH control and aeration on enzyme production. The stability of the enzyme was evaluated for 6 and 8 months at 4 ÂC and - 20 ÂC, respectively. The ability of the
enzyme to hydrolyze coconut shell powder was evaluated at 65 ÂC and 80 ÂC using the crude enzyme extract produced by
Melanoporia sp. The enzyme activity was determined by the
quantification of reducing sugars using DNS method at pH 5.5 and 80 ÂC (optimum conditions).
The composition of the culture medium which provided the highest enzyme yield was: 5 g/L of
coconut shell; 15 g/L lactose; 3% tween 80; 1 g/L of KH2PO4
and 0.05 g/L FeSO4; pH 6.5 at 30ÂC for 72 hours. For batch enzyme production, the cult ure medium using non-delignified
substrate, with pH controlled at 6.5, without aeration
resulted in an increase of 90% in enzyme activity compared to the fermentation in a rotatory shaker. Under these conditions, the maximal enzyme production was obtained after 24 hours of fermentation. The crude enzyme extract
produced by Melanoporia sp. was able to hydrolyze cellulose (coconut shell powder) efficiently, presenting industrial potential for the degradation of lignocellulosic residues. Unlike most of the cellulases produced by Trichoderma
species, the strain reported as one of the best producers, the microorganism was capable of producing cellulases efficiently without the need of substrate
pretreatment. Another feature of this enzyme complex is its high stability in the crude broth at-20ÂC e 4 ÂC / Celulases sÃo um complexo enzimÃtico constituÃdo por endoglucanases, exoglucanases e β-glicosidases com diversas aplicaÃÃes biotecnolÃgicas. No entanto, o elevado custo de produÃÃo dessas enzimas à o principal obstÃculo para sua aplicaÃÃo industrial. Estima-se que cerca de 40% do custo total de produÃÃo de celulases esteja relacionado ao meio de cultura utilizado para o crescimento do micro-organismo. Nesse contexto, à de fundamental importÃncia o desenvolvimento de processos para a produÃÃo de enzimas do complexo celulolÃtico que se mostrem tÃcnico e economicamente viÃveis. Diante do exposto, o presente estudo teve como objetivo avaliar a produÃÃo de celulases produzidas por Melanoporia sp. utilizando o pà da casca de coco como substrato em fermentaÃÃo submersa. A influÃncia dos parÃmetros pH e temperatura na determinaÃÃo da atividade da enzima foi avaliada atravÃs de planejamento experimental univariado. Em seguida, a composiÃÃo do meio de cultura foi otimizada atravÃs dos planejamentos experimentais Plaket-Burman e Composto Central. A fermentaÃÃo em condiÃÃes otimizadas foi posteriormente conduzida em fermentador para avaliar a influÃncia do controle de pH e oxigÃnio na produÃÃo da enzima. A estabilidade da enzima foi avaliada por 6 e 8 meses nas temperaturas de 4 ÂC e -20 ÂC, respectivamente. A capacidade das enzimas em hidrolisar o pà da casca do coco foi avaliada nas temperaturas de 65 ÂC e 80 ÂC utilizando o extrato enzimÃtico bruto produzido por Melanoporia sp. A atividade da enzima foi determinada atravÃs da quantificaÃÃo de aÃÃcares redutores pelo mÃtodo de DNS. O pH e a temperatura de determinaÃÃo da atividade enzimÃtica foram pH 5,5 e 80 ÂC, respectivamente. A composiÃÃo do meio de cultura que proporcionou o maior rendimento de produÃÃo da enzima foi: 5 g/L de casca de coco; 15 g/L de lactose; 3% de tween 80; 1 g/L de KH2PO4 e 0,05 g/L de FeSO4; pH 6,5 a 30 ÂC em 72 horas. Para a produÃÃo da enzima em fermentador, o meio de cultura utilizando substrato nÃo deslignificado, com controle do pH em 6,5, sem aeraÃÃo proporcionou um aumento de 90% na atividade da enzima, comparado à fermentaÃÃo em shaker. Nessas condiÃÃes, a mÃxima produÃÃo da enzima foi obtida apÃs 24 horas de fermentaÃÃo. O extrato enzimÃtico bruto produzido por Melanoporia sp. exibiu capacidade de hidrolisar celulose presente na casca de coco com eficiÃncia, apresentando potencial industrial para a degradaÃÃo de resÃduos lignocelulÃsicos. Diferentemente da maior parte das celulases produzidas por espÃcies de Trichoderma, micro-organismo reportado como bom produtor de enzimas celulolÃticas, o micro-organismo utilizado neste trabalho à capaz de produzir celulases de forma eficiente, sem necessidade de prÃ-tratamento do substrato. Outra caracterÃstica diferencial desta enzima à sua elevada estabilidade nas temperaturas de -20 ÂC e 4 ÂC no caldo bruto.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:9108 |
| Date | 19 December 2014 |
| Creators | Simone Lopes do RÃgo de Oliveira |
| Contributors | Sueli Rodrigues, Nair do Amaral Sampaio Neta, Claudia Miranda Martins, Maria Valderez Ponte Rocha, Maria Cristiane Rabelo |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia QuÃmica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0089 seconds