Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15133
metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Otimização da Produção de Enzimas por Aspergillus niger em Fermentação em Estado Sólido
metadata.dc.creator: Rocha, Christiane Pereira
metadata.dc.contributor.advisor1: Cardoso, Vicelma Luiz
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Coutinho Filho, Ubirajara
metadata.dc.contributor.referee1: Resende, Miriam Maria de
metadata.dc.contributor.referee2: Vieira, Patrícia Angélica
metadata.dc.contributor.referee3: Zanim, Gizella Maria
metadata.dc.description.resumo: O Brasil é um dos principais produtores mundial de arroz e maracujá. A produção destes alimentos gera uma grande quantidade de resíduos que representa um sério problema de disposição final e perda econômica associada ao não aproveitamento deste material. A perda do valor econômico desta biomassa pode ser reduzida pelo uso das mesmas em fermentações em estado sólido (FES) destinadas à geração de enzimas. Esta prática de redução de desperdício condiz com processos modernos que buscam utilizar os conceitos de minimização, recuperação, aproveitamento de subprodutos e bioconversão de resíduos que são cada vez mais necessários para melhor sustentabilidade da cadeia produtiva na agro-indústria. Pensando nesta situação foi proposto o presente trabalho que tem como objetivo avaliar o uso destes resíduos na produção das enzimas invertase, amilase, celulase, pectinase e protease em fermentação no estado sólido com Aspergillus niger empregando como substrato resíduos das indústrias de processamento de arroz e de maracujá. Foram feitos testes preliminares visando selecionar a melhor linhagem de Aspergillus niger entre as cepas de Aspergillus niger ATCC 16404, 1057 e 9029 e determinar as condições otimizadas de produção destas enzimas. Os resultados obtidos mostraram que o Aspergillus niger ATCC 16404 proporcionou maior atividade para as enzimas estudadas e o tempo de fermentação selecionado para a produção das mesmas foi de quatro dias. Avaliou-se a otimização da produção das enzimas citadas por meio da realização de um delineamento composto central (DCC) com três variáveis: relação de massa de resíduo de arroz/massa total (A/T), adição de umidade e concentração de inóculo (CI). A relação A/T utilizada variou de 0 a 1, a umidade variou de 0,323 a 1,676 mL/ g de substrato e a concentração de inóculo de 0,5 a 4,5 mg/ g de substrato. O DCC mostrou-se um método eficaz, fornecendo como os melhores resultados para superfície de resposta A/T de 0,5, umidade de 30 mL/30 g de substrato e CI de 0,25 g/100 g de substrato. Nestas condições foram de 108,82 ± 3,1 U/g a atividade invertásica, 10,56 ± 2,0 U/g a atividade amilásica, 5,98 ± 0,8 U/g a atividade celulásica, 5,24 ± 0,6 U/g a atividade pectinásica e 5.201,00 ± 3,8 U/g a atividade proteásica. Para obter um modelo estruturado capaz de prever o comportamento cinético em diferentes temperaturas e avaliar o efeito da temperatura no crescimento celular e produção enzimática foi realizado um novo estudo cinético do processo nas temperaturas 28 ± 2ºC, 35 ± 0,5ºC, 40 ± 0,5ºC e 45 ± 0,5ºC que utilizou as condições otimizadas descritas anteriormente. Os resultados experimentais e os resultados previstos pelo modelo mostraram que o maior crescimento celular, expresso em termos de biomassa e maior número de esporos, ocorreu nas temperaturas de 35ºC e 45ºC. Os resultados experimentais mostraram que a maior atividade invertásica foi de (155,80 ± 3,28 U/g) à temperatura de 35ºC no 11º dia de fermentação, os maiores valores de atividades amilásica e proteásica foram de (14,00 ± 2,42 U/g e 5.809,00 ± 4,20 U /g, respectivamente), à temperatura de 28ºC e para as atividades celulásica (14,10 ± 2,25 U/g) e pectinásica (10,80 ± 1,5 U/g), os maiores valores foram obtidos à temperatura de 45ºC no 12º dia de fermentação. A comparação entre a energia de ativação do modelo estruturado que descreve a inativação térmica da enzima com os valores da literatura e a comparação dos valores previstos pelo modelo com os pontos experimentais do crescimento celular e atividades enzimáticas mostram a boa aplicabilidade do modelo estudado.
Abstract: Brazil is one of the main producer countries of rice and passion fruit. The production of these foods have generated a large amount of wastes which could represent serious problems with the final disposal and cause economic losses from misuse of biomass. The enviroment pollution and loss of economic value from this biomass can be reduced by using this material in the production of enzymes by solid state fermentation (SSF).This reduction of waste generation fit neatly into the conceptual framework of by-products utilization, waste minimization and waste prevention which have been accepted as part of the environmental and economic interaction in the food supply chain. For this reason, the present work has, as objective, to evaluate the production of the enzymes invertase, amylase, cellulase, pectinase, and proteinase using Aspergillus niger in solid state fermentation (SSF) on rice and passion fruit by-products. In order to choose a strain and optimize the fermentation conditions the production of these enzymes using Aspergillus niger strains ATCC 16404, 1057 and 9029 were preliminary evaluated and the fermentation with the best strain was investigated. According to the results obtained, the best strain for all five enzymes were Aspergillus niger ATCC 16404 and four days was found to be the best time for the fermentation. Central composite design (CCD) was used to investigate the dependence of solid medium concentrations (SMC), water addition (WA) and inoculum size (IS) on the production of enzymes during the SSF. The variable levels used in the design were: 0 to 1.0 g rice by-product/ total g, 0.323 to 1.676 mL/ total g , and 0.5 a 4.5 mg inoculum/ total g . According to the results the variable levels used in CCD was satisfactory to describe the optimization. Based on response surface methodology (RSM), optimum conditions were: SMC 0.5 g rice by-product/ total g, WA 1.0 mL/ total g, , IS 2.5 mg/ total g, invertase 108.82 ± 3.1 U/total g , amylase 10.56 ± 2.0 U/ total g , cellulase 5.98 ± 0.8 U/g , pectinase 5.24 ± 0.6 U/g, and proteinase 5201.00 ± 3.8 U/g. To obtain a structured model that describe the nonisothermal cellular behaviour and to evaluate the kinetics of cell growth and enzyme production a new set of experiments were carried out at the temperatures of 28 ± 2ºC, 35 ± 0.5ºC, 40 ± 0.5ºC e 45 ± 0.5ºC under the same optimum conditions described above. The results and model predictions implied that the largest cellular growth, expressed in terms of biomass and spores, occured in the medium with temperature between 35°C and 45ºC. The experimental results showed that the maximum enzymes activities and conditions related to this production were: invertase (155.80 ± 3.28 U/g) , 35ºC , 11 days of fermentation; amylase (14.00 ± 2.42 U/g) and proteinase (5809.00 ± 4.20 U/g), 28ºC, and 11 days of fermentation; cellulase (14.10 ± 2.25 U/g) and pectinase (10.80 ± 1.5 U/g), 45ºC, 12 days of fermentation. The comparisons between the activation energy of enzyme desactivation provided by model with published values and the comparison of model predictions with experimental results of cellular growth and enzyme activity demonstrate the applicability of the proposed model.
Keywords: Aspergillus niger
Resíduos agro-industriais
Produção enzimática
Fermentação em estado sólido
Agro-industrial waste
Enzyme production
Solid state fermentation
Fermentação
Resíduos agrícolas
Enzimas
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: ROCHA, Christiane Pereira. Otimização da Produção de Enzimas por Aspergillus niger em Fermentação em Estado Sólido. 2010. 161 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2010.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15133
Issue Date: 28-Jan-2010
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
crhris.pdf5.97 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.