Production of glucosyltransferase of Erwinia sp D12 and study the conversion of sucrose into isomaltulose

Isomaltulose é um dissacarídeo redutor, de baixo potencial cariogênico, utilizado comercialmente na produção de doces, confeitos e chocolates. A isomaltulose é obtida por conversão enzimática da sacarose e apresenta menor velocidade de hidrólise e formação de monossacarídeos no organismo, quando comparada com a sacarose. A isomaltulose é utilizada na produção de isomalte, uma mistura de açúcar-álcool de baixo valor calórico e não cariogênico, obtido por hidrogenação e empregada na formulação de produtos dietéticos e farmacêuticos. Neste trabalho, foi estudada a otimização do meio de cultivo de Erwinia sp D12 para a produção de glicosiltransferase, em frascos sob agitação, utilizando-se metodologia de planejamento experimental e análise de superfície de resposta, testando-se os componentes melaço de cana, peptona bacteriológica (Biobrás) e extrato de levedura (Prodex Lac SD®). A maior produção de glicosiltransferase foi obtida em meio de cultivo 2 composto por melaço de cana (160 g/L), peptona bacteriológica (Biobrás) (20 g/L) e extrato de levedura (Prodex Lac SD®) (15 g/L). Na fermentação da linhagem de Erwinia sp D12, neste meio de cultivo otimizado, em frascos sob agitação a 200 rpm, foi obtida 7,26 UA/mL após 15 horas de fermentação a 30°C, sendo que o custo deste meio de cultivo foi estimado em R$ 7,06 por litro. No estudo de otimização do meio de cultivo de Erwinia sp D12 para a produção de glicosiltransferase, em frascos sob agitação a 200 rpm, utilizando-se metodologia de planejamento experimental e análise de superfície de resposta, testando-se os componentes melaço de cana, água de maceração de milho e extrato de levedura (Prodex Lac SD®), a maior produção de glicosiltransferase foi obtida em meio de cultivo 3 composto por melaço de cana (100 g/L), água de maceração de milho (60 g/L), extrato de levedura (Prodex Lac SD®) (8 g/L) e K2HPO4 (0,1 g/L). Na fermentação da linhagem de Erwinia sp D12, neste meio de cultivo otimizado, em frascos sob agitação, foi obtida 6,65 UA/mL após 15 horas de fermentação a 30°C, sendo que o custo deste meio de cultivo foi estimado em R$ 0,20 por litro. No estudo da relação entre o tempo de fermentação, crescimento do microrganismo, alteração do pH do meio de cultivo e produção de glicosiltransferase pela linhagem Erwinia sp D12, em meio de cultivo 2 otimizado composto por melaço de cana (160 g/L), peptona bacteriológica (Biobrás) (20 g/L) e extrato de levedura (Prodex Lac SD®) (15 g/L), em fermentador de 5 litros, nas temperaturas de 24°C, 26°C, 28°C e 30°C, com agitação de 200 rpm e aeração de 1 vvm, a maior atividade de glicosiltransferase foi 14,61 UA/mL de meio de cultivo após 10 horas de fermentação, a 26°C. No estudo da conversão de sacarose em isomaltulose utilizando-se enzima livre, células livres e células imobilizadas em alginato de cálcio, de Erwinia sp D12, em processo em batelada, foram obtidas maiores taxas de conversão utilizando-se células livres e células imobilizadas. No estudo da imobilização de células de Erwinia sp D12, em alginato de cálcio, verificou-se que a solução 1,0% de alginato de sódio da marca Sigma, de alta viscosidade, pode ser substituído por solução 2,0% de alginato de sódio da marca Synth, de menor custo. Utilizando-se suspensão 40,0% (massa celular úmida/volume) de células de Erwinia sp D12 e solução 2,0% de alginato de sódio da marca Synth, para a imobilização de células, foi obtida 74,18% de conversão da sacarose em isomaltulose após 24 horas de reação, a 30°CIsomaltulose is a reducing disaccharide, of low cariogenic potential, used commercially in the production of candies and chocolates. Isomaltulose is produced by enzymatic conversion of sucrose and presents lower hydrolysis and monosaccharides formation in the organism, when compared with sucrose. Isomaltulose is used in the production of isomalte, a sugar-alcohol mixture of low caloric value that is not cariogenic and find application in to dietetics and pharmaceutical products. The optimization of culture medium for the production of glucosyltransferase by Erwinia sp D12, in shake flasks, was studied using experimental design methodology and surface response analysis. The medium components tested were sugar cane molasses, bacteriological peptone and yeast extract. The highest glucosyltransferase production was reached in culture medium 2 composed of 160 g/L of sugar cane molasses, 20 g/L of bacteriological peptone and 15 g/L of yeast extract. The cultivation of Erwinia sp D12 using the optimized medium under agitation at 30°C showed enzyme activity of 7,26 AU/mL after 15 hours, with estimated cost for the medium of R$ 7,06 per liter. A second medium optimization study was conducted using sugar cane molasses, com steep liquor and yeast extract. The culture medium 3 composition that showed highest glucosyltransferase production was composed of 100 g/L of sugar cane molasses, 60 g/L of com steep liquor, 8 g/L of yeast extract and 0,1 g/L of K2HPO4 after 15 hours of cultivation at 30°C, the enzyme activity on this medium was 6,65 AU/mL with the estimated medium cost around R$ 0,20 per liter. The relationship between fermentation time, growth of microorganism, change of medium pH and glucosyltransferase production was studied using 5 liters fermentation vessel, with culture medium 2 composed of 160 g/L of sugar cane molasses, 20 g/L of bacteriological peptone and 15 g/L of yeast extract, at 24ºC, 26ºC , 28ºC and 30ºC. The highest enzyme activity, 14,61 AU/mL, was reached after 10 hours, at 26ºC. The conversion of sucrose to isomaltulose, using free enzyme and also immobilized and free cells of Erwinia sp D12, was evaluated. The conversion rates were highest for free and immobilized cells. In the study of the immobilization of Erwinia sp D12 cells in calcium alginate, was verified that 1,0% sodium alginate solution (Sigma), that showed high viscosity, can be substituted to 2,0% sodium alginate solution (Synth) with lower cost. Using 40,0% cell suspension of Erwinia sp D12 and 2,0% sodium alginate solution for cell immobilization, the conversion rate from sucrose to isomaltulose was 74,18%, after 24 hours, at 30°