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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2011

Produção, Caracterização Parcial e Aplicação de β-Glucosidases de Aspergillus niger.

Autor: Diogo Simas Bernardes Dias.
Orientador: Nei Pereira Jr.

Resumo

O alto custo das enzimas apresenta-se como um gargalo tecnológico para a produção de bioetanol a partir de materiais lignocelulósicos, denominado de bioetanol de segunda geração, sendo necessário o desenvolvimento de estudos para a produção de celulases.

Estas enzimas, também produzidas por fungos filamentosos, consistem de um complexo enzimático constituído por três grupos principais envolvidos nos processos de hidrólise: endoglucanases, exoglucanases e β-glucosidases. Visando à redução dos custos, tecnologias mais eficientes para a sacarificação podem ser desenvolvidas, através do emprego de "coquetéis enzimáticos" que apresentem alto sinergismo entre os principais grupos enzimáticos constituintes.

O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um bioprocesso para a produção, caracterização parcial e aplicação de β-glucosidases de Aspergillus niger. Foi desenvolvido um preparado enzimático, denominado de LADEBIO-AN, que teve seu desempenho avaliado de forma consorciada com preparados comerciais.

Inicialmente, foi realizada uma seleção de linhagens produtoras tendo sido apontada Aspergillus niger ATCC 1004 como a de maior potencial para a produção de β-glucosidases em celulignina de bagaço de cana parcialmente deslignificada (CPD).

O uso de técnicas de planejamento experimental sequencial conduziu a um aumento na produção enzimática de 1.480 para 4.750 U/L, com a redução de seis componentes do meio de produção. O meio otimizado apresentou a seguinte composição: Tween-80 (7 mL/L), extrato de levedura (10 g/L), CPD (7,5 g/L), (NH4)2SO4 (4 g/L) e KH2PO4 (3 g/L).

Na sequência, o processo foi avaliado em escala de biorreator instrumentado, apresentando o melhor resultado, operado em pH 4,0, 30% de oxigênio dissolvido e volume útil de 3L. A maior produção de atividade β-glucosidásica foi de 4.880U/L, com a redução de 36 horas de processo.

O meio fermentado sem células foi concentrado em membranas de fibra oca, apresentando um valor de atividade de 49.330 U/L. O preparado enzimático concentrado mostrou-se estável a 4° (temperatura de estocagem) e 37°C (temperatura utilizada no processo de sacarificação e fermentação simultâneas). Por outro lado, os maiores valores de atividade enzimática foram alcançados em faixas de temperatura entre 47 e 52,7° e de pH entre 3,6 e 5,2. As massas moleculares das β-glucosidases produzidas foram estimadas em 167,9 e 119,0 KDa, através de zimograma e SDS-PAGE.

Finalmente, foi verificado que os melhores rendimentos de hidrólise enzimática foram de, aproximadamente, 50% para a CPD e 30% para a celulose microcristalina, ambos com a adição do preparado LADEBIO-AN, valores superiores aos atingido pelos preparados comerciais.

O preparado enzimático desenvolvido no presente trabalho de pesquisa apresenta grande potencial para a tecnologia de produção de bioetanol de segunda geração.