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dc.creatorSousa, Carla Cristina de-
dc.date.accessioned2023-03-01T19:44:22Z-
dc.date.available2023-03-01T19:44:22Z-
dc.date.issued2022-02-24-
dc.identifier.citationSOUSA, Carla Cristina de. Imobilização de β-galactosidase comercial e produzida por K. marxianus em sílica e avaliação da síntese enzimática de galacto-oligossacarídeos. 2022. 166 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.134pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37378-
dc.description.abstractThe β-galactosidase enzyme is widely applied in industry. It performs lactose hydrolysis and also transgalactosylation, producing galactooligosaccharides (GOS), which have prebiotic effects in the human body. The use of β-galactosidase may present limitations due to its characteristics, such as restriction in temperatures, pHs, and impossibility of reuse, among others. Kluyveromyces lactis and Kluyveromyces marxianus are potential yeasts for obtaining β-galactosidase and interfering in its characteristics. In order to circumvent these limitations in the processes, enzyme immobilization methods are used. Covalent bonding is one of these processes, it promotes resistance of immobilized enzymes under different conditions and reduces leaching losses. Silica is a widely used support, as it promotes good enzyme binding to the support. Therefore, the aim of the current work was to evaluate the immobilization of commercial β-galactosidase from K. lactis and β-galactosidase produced by K. marxianus in silica with controlled porosity and subsequently carry out the synthesis of galactooligosaccharides. An evaluation of the best immobilization conditions for commercial β-galactosidase was performed with a Central Composite Design (CCD). The immobilized biocatalyst was characterized in relation to the influence of pH and temperature on enzyme activity, thermal stability, pH and storage, reuse, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscopy (SEM). The hydrolysis of lactose with the immobilized enzyme was also evaluated in a fixed bed. The β-galactosidase produced by submerged fermentation of K. marxianus was evaluated for immobilization on silica and for some partial purification techniques. The synthesis of galactooligosaccharides was performed with the commercial enzyme and produced in its free and immobilized form. The ionic strength of the buffer was evaluated in the transgalactosylation and a Fractional Factorial Design was also proposed to evaluate the interference of the initial lactose concentration, agitation, and temperature in the synthesis of GOS. Magnetic and mechanical stirring and the fixed bed reactor configuration were also evaluated in the synthesis of GOS. The best immobilization conditions were at 1,0% γ-aminopropyltriethoxysilane (APTES) concentration, initial enzyme activity offered at 21 U.mL-1, and 6,86% glutaraldehyde concentration. The immobilized biocatalyst showed optimal pH at 7.0, the temperature at 30 °C, and stability at pH 7.5. Thermal stability was better at a milder temperature of 20 °C. In 4 cycles of reuse, the enzyme maintained ≈70% of the initial activity and stored (8 °C) maintained its activity in 44% after 105 days. The FTIR allowed visualization of enzyme groups and supported enzyme binding. The images obtained from SEM showed the structure of the silica. With the fixed bed, a lactose conversion of ≈47% was obtained. The immobilization of the β-galactosidase produced with K. marxianus was limited and among the partial purification techniques the dialysis process stood out. The GOS were produced in high concentrations of lactose (400 g.L-1), with a shorter time (3 h) for free enzyme and longer for immobilized enzyme (6 h). The effects of the variables evaluated in the Fractional Factorial Design were positive, the most effective influence was agitation, the highest concentration of GOS was 67.70 g.L-1. Both in magnetic and mechanical agitation it was possible to synthesize the GOS with the immobilized enzyme, the GOS concentrations were 70.81 and 90.37 g.L-1, respectively. In a fixed bed, the highest GOS concentrations were obtained for the column packed with immobilized silica, reaching a value of 100.18 g.L-1. The enzyme produced by K. marxianus synthesized GOS in its free form (106.97 g.L-1). Silica immobilized β-galactosidase shows promise in both lactose hydrolysis and GOS synthesis.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Embargadopt_BR
dc.subjectβ-galactosidasept_BR
dc.subjectsílicapt_BR
dc.subjectligação covalentept_BR
dc.subjecttransgalactosilaçãopt_BR
dc.subjectgalactooligossacarídeospt_BR
dc.subjectsilicapt_BR
dc.subjectcovalent bondingpt_BR
dc.subjecttransgalactosylationpt_BR
dc.subjectgalactooligosaccharides.pt_BR
dc.titleImobilização de βeta-galactosidase comercial e produzida por K. marxianus em sílica e avaliação da síntese enzimática de galacto-oligossacarídeospt_BR
dc.title.alternativeImmobilization of commercial beta-galactosidase and produced by K. marxianus on silica and evaluation of enzymatic synthesis of galacto-oligosaccharidespt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Ribeiro, Eloízio Júlio-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7396213263599744pt_BR
dc.contributor.advisor1Resende, Miriam Maria de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7452392057623454pt_BR
dc.contributor.referee1Batista, Fabiana Regina Xavier-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4004159087502076pt_BR
dc.contributor.referee2Falleiros, Larissa Nayhara Soares Santana-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8414750550746969pt_BR
dc.contributor.referee3Fischer, Janaína-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7426402187639876pt_BR
dc.contributor.referee4Dini, Carolina Merheb-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/0222679275285667pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/5720132039247346pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoA enzima β-galactosidase é amplamente aplicada na indústria, ela realiza a hidrólise da lactose e também a transgalactosilação, produzindo os galacto-oligossacarídeos (GOS), que possuem efeitos prebióticos no organismo humano. O uso da β-galactosidase pode apresentar limitações devido às suas características, como restrição em temperaturas, pHs, impossibilidade de reutilização dentre outros. A Kluyveromyces lactis e a Kluyveromyces marxianus são leveduras potenciais na produção de β-galactosidase e interferem nas suas características. Com intuito de contornar essas limitações nos processos, são utilizados métodos de imobilização de enzimas. A ligação covalente é um desses processos, ela promove resistência às enzimas imobilizadas em diferentes condições e reduz perdas por lixiviação. A sílica é um suporte muito utilizado, pois promove boa ligação da enzima ao suporte. Assim, o objetivo do trabalho foi avaliar a imobilização de β-galactosidase comercial de K. lactis e β-galactosidase produzida por K. marxianus em sílica de porosidade controlada e posteriormente realizar a síntese dos galactooligossacarídeos. Uma avaliação das melhores condições de imobilização da β-galactosidase comercial foi feita com um Planejamento Composto Central (PCC). O biocatalisador imobilizado foi avaliado em relação a influência do pH e temperatura na atividade da enzima, estabilidade térmica, ao pH e armazenamento, reutilização, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A hidrólise da lactose com a enzima imobilizada foi avaliada também em leito fixo. A β-galactosidase produzida por fermentação submersa da K. marxianus foi avaliada quanto à imobilização em sílica e em relação algumas técnicas parciais de purificação. A síntese dos galactooligossacarídeos foi feita com a enzima comercial e produzida em sua forma livre e imobilizada. A força iônica do tampão foi avaliada na transgalactosilação e um Planejamento Fatorial Fracionário também foi proposto avaliando a interferência da concentração inicial de lactose, agitação e temperatura na síntese de GOS. A agitação magnética, mecânica e a configuração de reator tipo leito fixo também foram avaliadas na síntese dos GOS. As melhores condições de imobilização foram em concentração de γ-aminopropiltrietoxisilano (APTES) a 1,0%, atividade inicial da enzima ofertada em 21 U.mL-1 e concentração de glutaraldeído a 6,86%. O biocatalisador imobilizado apresentou pH ótimo em 7,0, temperatura em 30 °C e estabilidade em pH 7,5. A estabilidade térmica foi melhor em temperatura mais amena (20 °C). Em 4 ciclos de reuso a enzima manteve ≈70% da atividade inicial. A enzima armazenada (8 °C) conservou sua atividade em 44% após 105 dias. O FT-IR permitiu a visualização de grupos da enzima e da ligação enzima-suporte. As imagens obtidas da MEV evidenciaram a estrutura da sílica. Com o leito fixo obteve-se uma conversão de lactose de ≈47%. A imobilização da β-galactosidase produzida com K. marxianus foi limitada e dentre as técnicas de purificação parcial se destacou o processo de diálise. Os GOS foram produzidos em altas concentrações de lactose (400 g.L-1), sendo em menor tempo (3 h) para enzima livre e maior para imobilizada (6 h). Os efeitos das variáveis avaliadas no Planejamento Fatorial Fracionário foram positivos, a influência mais efetiva foi da agitação, a maior concentração de GOS foi de 67,70 g.L-1. Tanto em agitação magnética como mecânica foi possível sintetizar os GOS com a enzima imobilizada, as concentrações de GOS foram de 70,81 e 90,37 g.L-1, respectivamente. Em leito fixo as maiores concentrações de GOS foram obtidas para coluna empacotada com sílica imobilizada alcançando valor de 100,18 g.L-1. A enzima produzida por K.marxianus sintetizou GOS em sua forma livre (106,97 g.L-1). A β-galactosidase imobilizada em sílica é promissora tanto na hidrólise da lactose como na síntese de GOS.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Químicapt_BR
dc.sizeorduration166pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.embargo.termsO artigo ainda não foi publicado com esses dados.pt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.134pt_BR
dc.orcid.putcode130008425-
dc.crossref.doibatchid0b5a6071-9deb-4b0b-b5fb-f82653951c5b-
dc.subject.autorizadoEngenharia químicapt_BR
dc.subject.autorizadoSilica - Análisept_BR
dc.subject.autorizadoLactose - Análisept_BR
dc.subject.autorizadoEnzimas - Análisept_BR
dc.subject.autorizadoHidrólise - Análisept_BR
dc.description.embargo2025-02-24-
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

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