Desenvolvimento de bioprocesso para produção de cafeina e teofilina dementilases por Rhizopus delemar em fermentação no estado solido utilizando casca de cafe como substrato

Orientadores: Telma Teixeira Franco, Carlos Ricardo SoccolTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Avanços na biotecnologia, principalmente na área de tecnologia enzimática e de fragmentações, oferecem oportunidades para a utilização econômica de resíduos agroindustriais. A casca obtida durante o processamento do café por via seca tem sido pouco empregada quando comparada com volume em que é gerada. Este resíduo poderia ser mais utilizado se compostos tóxicos como cafeína e taninos fossem removidos. Fungos filamentosos são capazes de assimilar cafeína e taninos de um meio sintético líquido ou de resíduos de café. Existem poucos trabalhos sobre a detoxificação da casca de café e esta nunca foi relatada com cepas de Rhizopus delemar. A via de degradação da cafeína por este microrganismo e as enzimas envolvidas neste processo também não estão descritas na literatura. O objetivo deste trabaJho foi agregar valor a casca de café por fennentação no estado sólido com R. delemar, investigar a via de degradação da cafeína e caracterizar as enzimas envolvidas neste bioprocesso. As condições de fermentação da casca de café por R. delemar foram otimizadas e os melhores níveis de detoxificação (86% de redução da cafeína e 60% de taninos) foram obtidos em frascos de Erlenmeyer com 75% de umidade inicial, 1O6esporos/g substrato seco, pH 6,5 e 28°C. A cinética do processo fermentativo foi conduzida no biorreator de colunas com as condições otimizadas previamente e indicou que o desenvolvimento do fungo filamentoso e a sua respiração foram relacionados com a degradação de cafeína e de açúcares totais presentes na casca de café. A fase exponencial de crescimento microbiano foi encontrada entre 3 e 5 dias, quando foi detectado máximo consumo de 02 e após a máxima produção das enzimas e degradação da cafeína. Valores máximos de atividade enzimática, 1,8 e 3,3 U/g s.s. para a cafeína e a teofilina demetilase respectivamente, foram obtidos após 2 dias de fermentação em frascos de Erlenmeyer. O extrato enzimático foi estável após estocagem a 2°C e o Km estimado, a temperatura e o pH ótimos foram respectivamente 150J.1M, 30°C e pH 6,5 para a cafeína demetilase e 180J.µM, 30°C e pH 7,4 para a teofilina demetilase. Os resultados mostraram boas perspectivas para a utilização de Rhizopus sp. em processos de detoxificação da casca de café e novas oportunidades poderão surgir para a utilização deste bioproduto e para a aplicação do extrato enzimático obtido neste processoAbstract: Advances in biotechnology, mainly in the area of enzymes and fermentation technology, offer potential opportunities for economic utilization of agro-industrial residues. The coffee husk obtained during dry processing of coffee has been poorly utilized when compared with the produced volume. Removing the toxics compound as caffeine and tannin, this residue could be more utilized. Filamentous fungi are able to assimilate caffeine and tannins from liquid synthetic media or coffee residue. There are few works about coffee husk detoxification and it was never described with strains of Rhizopus delemar. The caffeine degradation pathway and the enzymes involved in this process have not been described in the literature to. The aim of this work was to improve the nutritive value of coffee husk by solid-state fermentation with R. delemar, to investigate the caffeine degradation pathway and to charactecize enzymes involved in this bioprocess. The conditions of coffee husk fermentation by R. delemar were optimized and the best detoxification levels (86% of caffeine and 60% of tannin reduction) were obtained in Erlenmeyer t1asks with 75% initial moisture, 1O6spores/g dry substrate, at pH 6.5 and 28°C. The kinetic of fermentative process was carried out in packed bed column bioreactor using the conditions previously optimized and showed that the development of filamentous fungi and its respiration was related with caffeine degradation and total sugars presents in coffee husk. The exponential phase of microbial growth was achieved between 3 and 5 days, when was detected maximal 02 consumption and after the maximum production of enzymes and caffeine degradation. The maximum activities, 1.8 and 3.3 U/g d.s. for caffeine and the ophylline demethylase respectively, were achieved at 2 days of fermentation in Erlenrneyer :flasks. The enzymatic extracts were stable after storage at 2°C and the Km estimated, the optimum temperature and pH were respectively 150J.1M, 30°C and pH 6.5 for caffeine demethy1ase and 180J.µM, 30°C and pH 7.4 for theophylline demethy1ase. The results showed good prospects of using Rhizopus sp. for the coffee husk detoxification and would open new opportunities for the utilization of this byproduct and for enzymatic extract applicationDoutoradoDesenvolvimento de Processos QuímicosDoutor em Engenharia Químic