Liquefaction of wheat bran for xylanase production by submerged culture of Aspergillus niger

Orientadores: Everson Alves Miranda, Cristiane Sanchez FarinasDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: As enzimas são biocatalisadores que possuem uma vasta aplicabilidade na área industrial, pesquisa e farmacêutica. Porém, os custos de sua produção dificultam seu emprego, especialmente, na conversão de biomassa lignocelulósica em biorrefinarias. Assim, estratégias que possam aumentar a produtividade e diminuir o custo da produção de enzimas são necessárias. Uma das estratégias está na utilização de substratos provindos de resíduos agrícolas, florestais e agroindustriais em fermentação submersa. Contudo, quando se usa elevados teores de sólidos na fermentação, há problemas de transferências de massa devido a mistura não uniforme. Para tal inconveniente, antes da fermentação, pode-se utilizar a liquefação enzimática (hidrólise parcial) de modo a tornar a suspensão de biomassa facilmente agitável. A partir desta suspensão podem ser gerados diversos produtos de origem microbiana, particularmente enzimas devido à incompleta despolimerização da fonte de carbono. Desse modo, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a liquefação enzimática do farelo de trigo como recurso para produção de xilanases por Aspergillus niger A12 em fermentação submersa a altos teores de sólidos (20% m/v). A liquefação do farelo de trigo foi realizada por complexo enzimático celulolítico comercial a diferentes temperaturas (30-50 °C), pH (4,4-5,8), cargas enzimáticas (0,29-3,50 FPase/mL) e tempos de incubação (6-24 h). Esta estratégia resultou em até cinco vezes mais atividade de xilanases perante atividade obtida em cultivo com farelo de trigo não liquefeito (controle), isto é, 31,7 contra 6,1 UI/g de farelo de trigo, respectivamente e, cerca de quatro vezes menos concentração de proteínas totais com substrato liquefeito do que a obtida no controle. Portanto, este trabalho corrobora com a proposição de liquefação enzimática de biomassa como método para produção de enzimas em cultivos a alto teor de sólidosAbstract: Enzymes are biocatalysts that have a wide applicability in the industrial, research and pharmaceutical areas. However, the costs of production hinder your use, especially in the conversion of lignocellulosic biomass to biorefineries. Thus, strategies to increase productivity and reduce the cost of enzyme production are needed. One of the strategies is the use of substrates from agricultural, forestry and agroindustrial residues in submerged fermentation. However, when using high solids contents in the fermentation, there are problems of mass transfer due to non-uniform mixing. For such a drawback, before fermentation, can be used enzymatic liquefaction (partial hydrolysis) to make a biomass suspension easily stirrable. From this suspension can be generated several microbial products, particularly enzymes due incomplete depolymerization of the carbon source. Thus, this study had as objective to evaluate the enzymatic liquefaction of wheat bran as a resource for the production of xylanases by Aspergillus niger A12 in submerged fermentation at high solids content (20% w/v). Liquefaction of wheat bran was carried out by commercial cellulolytic enzyme complex at different temperatures (30-50 °C), pH (4.4-5.8), enzymatic loads (0.29-3.50 FPU/mL), and incubation time (6-24 h). This strategy resulted in up to five times more xylanases activity when compared to non-liquefied wheat bran (control), that is, 31.7 against 6.1 IU/g of wheat bran, respectively, and around four times less concentration of total proteins with liquefied substrate than that obtained in the control. Therefore, this work corroborates with proposition of enzymatic liquefaction of biomass as method for the production of enzymes in cultures with high solids contentMestradoEngenharia QuímicaMestra em Engenharia Química131263/2014-5CNP