Produção de dextranases a partir de bagaço de malte : caracterização e avaliação do pontencial de aplicação em indústria sucroalcooleira

Orientadora : Profa. Dra. Luciana P. S. VandenbergheCo-orientadora : Profa. Dra. Michele Rigon SpierTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa: Curitiba, 18/06/2014Inclui referênciasÁrea de concentração: Agroindústria e biocombustíveisResumo: Dextranases são enzimas que agem na hidrólise da dextrana. A dextrana é originada pela contaminação bacteriana da cana-de-açúcar, principalmente pelo Leuconostoc mesenteroides. Este polissacarídeo causa danos severos ao processo sucroalcooleiro, resultando em açúcar de menor qualidade. Embora estejam disponíveis dextranases comerciais para aplicação não é comum o emprego desta no tratamento do caldo de cana-de-açúcar. Dentre os vários métodos disponíveis, o uso de dextranase é o único capaz de eliminar efetivamente a dextrana. Além da falta de conhecimento sobre os benefícios do uso desta enzima para o processo, o alto preço praticado torna o produto inacessível para a maioria das usinas brasileiras. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um novo processo para a obtenção de dextranases, empregando resíduos agroindustriais em fermentação em estado sólido (FES). Dentre vários resíduos testados, o bagaço de malte foi o melhor substrato/suporte para a produção de dextranases por Penicillium aculeatum NRRL 2129. Este resíduo é originado após a etapa de filtração do malte na indústria cervejeira e é produzido abundantemente a baixos custos, aproximadamente 15,4 milhões de toneladas ao ano. O bagaço de malte supriu quase todas as necessidades nutricionais do micro-organismo, sendo necessários poucos aditivos sintéticos. Experimentos sequenciais foram utilizados para otimizar a atividade da dextranase. As condições ótimas determinadas foram: sulfato de amônio 0,45 g.L-1 dextrana 15 g.L-1 com 70% de umidade inicial, pH inicial de 5, utilizando 8 g de bagaço de malte em frascos Erlenmeyer. A atividade de dextranase inicial foi de 62,8 U.g-1 e a otimização aumentou em 18% a atividade enzimática, alcançando-se o valor de 75,5 U.g-1. A dextranase produzida foi caracterizada e tem pH e temperatura ótimos de 5 e 50°C, respectivamente. A enzima foi separada e concentrada em sistema de ultrafiltração por membranas Pellicon 2 (Millipore). Os estudos de aditivos para conservação da atividade enzimática prolongaram a atividade da enzima em 83% por 120 dias a 37°C com a utilização de ácido cítrico a 0,17% e sorbitol 2,83%. A aplicação da dextranase purificada e concentrada na proporção de 3,5 U por 100 mL de caldo de cana levou à hidrólise de 70% da dextrana contaminante inicial em 10 minutos. Este desempenho foi comparável ao obtido por dextranases comerciais disponíveis. A nova dextranase produzida por FES apresenta potencial de aplicação pela remoção efetiva de dextranas em caldo de cana-de-açúcar, além de empregar um processo limpo com reaproveitamento de resíduos.Abstract: Dextranases are enzymes that hydrolises dextran. It is synthetized mainly because of bacterial contamination, especially by Leuconostoc mesenteroides. This polyssacharide causes several injuries to sugar processing and in spite of commercial dextranases is available; its application is not a commom practice. Lack of knowledge about its application benefits associated with high costs makes this product unreachable for the most of factories. Therefore, the objective of this research was to develop an innovative method for dextranase production employing agroindustrial residues in solid-state fermentation process (SSF). Among Brazilians common wastes tested, brewer's spent grain (BSG) was the best substrate/support for Penicillium aculeatum NRRL 2129 producing dextranase. This waste is generated after mashing and lautering malt grain and widely produced, approximately 15,4 millions of tons each year, Several experiments was carried on in order to improve dextranase activity. Brewer's spent grain provided almost all nutrients needed for enzyme production. Best conditions determined for maximum dextranase activity in Erlenmeyer were: dextran 15 g.L-1 and ammonium sulfate 0.45 g.L-1 with 70% initial humidity, pH 5 and using 8 g of brewer’s spent grain in Erlenmeyer flasks. Initial dextranase activity was 62.8 U.g-1 and optimization increased 18% enzymatic activity, reaching 75.5 U.g-1. Dextranase characterization revealed optimum pH and temperature of 5 and 50°C, respectivelly. The enzyme was recovered and concentrated in Pellicon 2 (Millipore) ultrafiltration system. Formulation studies determined that 2.83% of sorbitol and 0.17% of citric acid increased enzyme stability in 83% stored in environmental conditions for 120 days at 37°C. The application of purified dextranase in the concentration of 3.5 U per 100 mL of sugarcane juice led to the degradation of 70% of initial dextran content in 10 minutes. This performance is comparable to available commercial dextranases. The new SSF dextranase has a potential application because of its effective removal of dextrans in contaminated sugar-cane juice, plus, the fermentation is a clean process employing waste