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Authors: Batista, Ryhára Dias
metadata.dc.contributor.advisor: Almeida, Alex Fernando de
Title: Produção, otimização e caracterização de invertases e frutosiltransferases de aspergillus carbonarius para produção de alimentos
Keywords: Plackett-burman; Simplex lattice; Delineamento Composto Central Rotacional; Propriedades bioquímicas; Enzimas; Plackett-burman; Simplex lattice; Central Composite Rotational Design; Biochemical Properties; Enzymes
Issue Date: 15-Aug-2018
Publisher: Universidade Federal do Tocantins
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos - PPGCTA
Citation: BATISTA, Ryhára Dias. Produção, otimização e caracterização de invertases e frutosiltransferases de aspergillus carbonarius para produção de alimentos. 2018. 91f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos, Palmas, 2018.
metadata.dc.description.resumo: Invertases são enzimas que catalisam a hidrólise da sacarose em uma mistura equimolar de D-glicose e D-frutose, comumente conhecida como açúcar invertido, e em altas concentrações pode exibir uma atividade significativa de transfrutosilação. Frutosiltransferase possui atividade de transfrutosilação em altas quantidades de sacarose, hidrolisando a sacarose nas ligações þ-(1-2) e transferindo o radical frutosil para outra molécula de sacarose formando os frutooligossacarídeos (FOS) e liberando glicose. Estas enzimas são amplamente utilizadas nas indústrias de alimentos para a produção de xarope de frutose e frutooligossacarídeo. Ambas as enzimas podem ser produzidas por diferentes microrganismos, porém os fungos se destacam, principalmente as espécies do gênero Aspergillus. Este trabalho teve como objetivo a otimização das condições de cultivo para a produção de invertase e frutosiltransferase por uma nova linhagem de Aspergillus carbonarius PC-4, a caracterização das condições de cultivo, bem como a caracterização bioquímica da enzima frutosiltransferase produzida em condições submersas. A otimização da produção de invertase foi obtida utilizando metodologia simplex lattice onde a concentração de coroa de abacaxi e extrato de levedura proporcionaram um aumento de 1,67 vezes (9,44 U/mL). A otimização da produção de frutositransferase foi obtida utilizando DCCR. As condições físico-químicas para a produção de invertase proporcionaram uma produção de 18,67 U/mL de invertase sob agitação 180 rpm, temperatura 20 oC e pH 5,5, após 72 horas de cultivo. Os parâmetros da fermentação nestas condições foram de YP/s = 1184,82 U/g e PP = 4,41 U/h. Para a produção de frutosiltransferase, as melhores condições de cultivo foram obtidas utilizando metodologias Plackett & Burman e Delineamento Composto Central Rotacional onde a concentração de coroa de abacaxi e nitrato de amônio proporcionaram um aumento de 1,77 vezes (66,46 U/mL). A produção máxima foi obtida após 72 horas de cultivo a 28 °C sob agitação 180 rpm e pH 6. As propriedades bioquímicas da frutosiltransferase mostraram que as melhores condições de reação são em pH 5 e temperatura 50°C. A enzima foi estável na temperatura de 40 °C, cuja meia vida (T1/2) foi de 1 hora. O uso da nova linhagem de Aspergillus carbonarius PC-4 para a produção das enzimas foi eficaz podendo futuramente ser aplicado para a produção de xarope de frutose e frutoligossacarídeos.
Abstract: Invertases are enzymes that catalyze the hydrolysis of sucrose in an equimolar mixture of D-glucose and D-fructose, commonly known as inverted sugar, which at high concentrations may exhibit significant transfructosylation activity. Frutosiltransferases have transfructosylation activity in high amounts of sucrose, hydrolyzing the þ- (1-2) bonds in sucrose and transferring the fructosyl radical to another sucrose molecule forming the fructooligosaccharides (FOS) and releasing glucose. These enzymes are widely used in food industries for the production of fructose syrup and fructooligosaccharide. Both enzymes can be produced by different microorganisms, however the fungi stand out, mostly the species of the genus Aspergillus. This work aimed to optimize the culture conditions for the production of invertase and fructosyltransferase by a new strain of Aspergillus carbonarius PC-4, the characterization of the culture conditions, as well as the biochemical characterization of the enzyme fructosyltransferase produced under submerged conditions. The optimization of invertase production was obtained using simplex lattice methodology, increasing the production by 1.67-fold (9.44 U/mL) when pineapple crown and yeast extract were used. The optimization of the fructosyltransferase production was obtained using CCRD. Physicochemical conditions to invertase production provided a yield of 18.67 U/mL of invertase, when incubated at 25°C, pH 5.5 and shaken at 180 rpm for 72 hours of cultivation. The fermentation parameters under these conditions were YP/S = 1184.82 U/g and PP = 4.41 U/h. The best cultivation conditions for fructosyltransferase production were obtained using Plackett & Burman design and Central Composite Rotational Design providing an increase of 1.77-fold (66.46 U/mL) when using pineapple crown and ammonium nitrate. The maximum production was obtained after 72 hours of cultivation at 28 °C, 180 rpm and pH 6. The biochemical properties of the fructosyltransferase showed that the best reaction conditions are pH 5 and 50 °C. The enzyme was stable at 40 °C, whose half-life (T1/2) was 1 hour. The use of the new strain of Aspergillus carbonarius PC-4 for the production of the enzymes was effective and could be used in the future for the production of fructose syrup and fructooligosaccharides.
URI: http://hdl.handle.net/11612/1138
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